(57)【要約】本発明の目的は、計測管（１）においてらせん状超音波を発信する超音波流量計であって、簡素化された構造を有するものを提供することである。本目的のため、本発明は超音波トランスデューサ（１４；１５）の射出軸（２０；２１）を同一平面内に含めず、一の超音波トランスデューサ（１４または１５）から他の超音波トランスデューサ（１５または１４）への超音波の伝播経路（２２）は、計測管（１）の内壁（５）上に少なくとも２つの反射点を有している。本流量計に備わっている特徴には、超音波トランスデューサ（１４；１５）の射出軸（２０；２１）が同一平面に含まれないこと、および、内壁が、超音波を射出または受信する超音波トランスデューサ（１４；１５）の筐体部のための開口部を除いて、完全にフラットであることが含まれている。
2004520573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測管（１）を有する流量計で、前記計測管には気体または液体の媒体（１９）が流れ、超音波変換機（１４；１５）が媒体（１９）に浸されながら超音波を射出し、さらに媒体（１９）から超音波を受信し、前記超音波は超音波変換機（１４；１５）の射出軸（２０または２１）に沿って伝播している、流量計であって、
超音波変換機（１４；１５）の射出軸（２０；２１）は同一平面内には含まれず、前記超音波の、一の超音波変換機（１４または１５）から他の超音波変換機（１４または１５）への、一の経路（２２）が計測管（１）内壁（５）において少なくとも２つの反射点を有することを特徴とする流量計。
【請求項２】
経路（２２）は部分（２６；２７；２８；２９）を有しており、螺旋形状線分群形態で計測管軸（４）の周りにコイル状となっていること、および、
ｚ＝ｓ・ｎ−１なるｚは内壁（５）における超音波の反射回数であることを特徴とし、ここでｓおよびｎは整数であって、ｓ＞１なるｓは前記螺旋形状線分群の一回回転を形成する部分（２６；２７；２８；２９）の数であり、また、ｎ＞０なるｎは前記螺旋形状線分群の、経路（２２）における計測管軸（４）周りの回転数である、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
超音波変換機（１４；１５）が変換機フランジ（１８）によりアダプタ（１６；１７）に着脱可能に連結されていること、
アダプタ（１６；１７）が連絡フランジ（４２）により計測管（１）の連結フランジ（４０）に着脱可能に連結されていること、および、
超音波透過性の窓（４４）を備えた超音波変換機（１４；１５）の筐体部（４５）がアダプタ（１６；１７）を通して媒体（１９）に浸され、アジマス軸（３７；３８）が連結フランジ（４０）の環の中心を経て計測管軸と９０度をなして交差していることを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【請求項４】
２つのアジマス軸（３７；３８）が、計測管軸（４）を含んでいる同一の長手方向断面（Ｃ−Ｃ’）に含まれていることを特徴とする請求項３に記載の流量計。
【請求項５】
超音波変換機（１４；１５）およびアダプタ（１６；１７）はアジマス軸（３７；３８）周りに旋回可能であり、かつ、計測管軸（１）の連結フランジ（４０）上の所定の位置に固定可能であることを特徴とする請求項３または４に記載の流量計。
【請求項６】
連絡フランジ（４２）および連結フランジ（４０）が形態固定ガイドボルト（４３）により、計測管（１）上において、予定されている通りに超音波変換機（１４；１５）の位置を調整することを特徴とする請求項３または４に記載の流量計。
【請求項７】
超音波変換機（１４；１５）の超音波透過性の窓（４４）の媒体側に集束レンズ（４６）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項８】
前記レンズ（４６）は超音波用のフレネルレンズであること、および、
前記レンズ（４６）はスチール、ブラス、銅、アルミニウム、および、同等材からつくられた環状体であり、射出軸（２０または２１）に関して同心であり、また、媒体（１９）で満たされた間隙空間（４８）を有し、前記空間が射出軸（２０または２１）に関して同心であることを特徴とする請求項７に記載の流量計。
【請求項９】
超音波変換機（１４、１５）が、必要に応じてそれぞれのアダプタ（１６、１７）とともに同一のプレート（５ａ）に配置されており、前記プレートは計測管（１）の壁部を形成し、取り外し可能に計測管に取り付けられていることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載の超音波を用いる流量計に関する。
【０００２】
このような流量計は媒体に満たされた管系に取り付けられ、超音波を用いて液体または気体媒体の流速を計測する。これら流量計は、媒体にさらされた計測系の可動部を用いずに、引き出される媒体の量を記録している。
【０００３】
超音波を発生および受信するトランスデューサ構成体を備え、管系に取り付けられた計測管の様々な構成は独国実用新案ＤＥＧ８９００１１０．９に開示されている。トランスデューサは回転対称に構成され、送波軸方向に超音波の波束を射出する。
【０００４】
超音波自体が計測軸と平行に伝播する、軸方向へ射出している流量計の構成はトランスデューサ筐体回りでの流れの分岐のために、流れに対する比較的高い抵抗性を有する。さらに、完全に装置を分解した後でのみ、計測管内部を洗浄可能である。定常流が流れている特定の計測管において、流速はその断面に沿って変化し、それにより計測管の内部表面上において流速はゼロになる。断面領域のどこかの場所で流れは極大である。計測管軸上の極大に関し、攪乱されていない流れは回転対称である。
【０００５】
流れとともに流れのコンターは変化し、それは媒体の粘性、管系のデザイン、および、計測管の内壁の特性に依存する。従い、軸方向への射出を行う装置は計測管内の流れのプロファイルによる誤差を示す可能性がある。この計測誤差はＥＰ０５６５８５１Ｂ１に開示の構造測定により最小化可能である。
【０００６】
超音波が流れの全プロファイルから影響を被るように流れの断面の外側、例えば計測管の隆起部にトランスデューサ構成体を備える計測管の構成により、計測管における計測部分は斜めになった射出をし、それによって流れの全プロファイルがその影響を受ける。トランスデューサの射出軸は計測管軸を含んだ長手方向断面平面内にある。媒体は、途中で偏向部またはその他の障害物と衝突することなく計測管内を流れる。この有利性は計測値がより小さくなるという代償を払うだけで得られる。なぜならば、超音波の計測管軸と平行な成分のみが記録されるからである。受ける側のトランスデューサは、射出する側のトランスデューサに対して計測管壁の反対側に配される。
【０００７】
低い流速で流れる小さな流れをより正確に記録するには、計測部分を長くするべきである。これは、計測管の特定の断面において、計測管内部で超音波を複数回反射させることで可能である。例えば超音波の経路を計測管によって「Ｖ」または「Ｗ」字に折り曲げれば可能である。より厳密に流れプロファイルを記録すること、流れに対する抵抗性が低いこと、および、媒体から沈積する粒子によって計測管汚染から影響されにくいことは、反射により受信信号が減少するという不利性にも優ることである。
【０００８】
流れのプロファイルの記録は、ＤＥ４３３６３７０Ｃ１に基づく流量計によってさらに改善されている。超音波は、射出トランスデューサより計測管軸に垂直に照射、または、受信機へガイドされながら照射され、それによりトランスデューサの射出軸は計測管軸を有する平面に存在する。流れに対して斜めに配置されている２つの鏡面がトランスデューサとは反対の計測管内壁に構成されており、超音波の進路を計測軸に対して斜め方向に変える。第１の鏡面反射の後、超音波の方向は計測管軸に垂直な２つの直交成分および計測管軸と平行な１成分を有する。従い超音波は内壁で数回にわたり反射し、超音波の経路は螺旋形状線分群を形成する。
【０００９】
螺旋形状線分群の端部において第２鏡面は到来した超音波を受信機として機能する第２トランスデューサの射出軸の方向へ進路づける。より厳密な流れを記録するという有利性のために、内壁に２つの鏡面のための支持ブリスタ成形のため計測管が高価になるという代償が生じ、さらに流れのプロファイルを損傷し、ブリスタに関連して異物の沈積が多くなる。
【００１０】
本発明は高精度で流速を記録し、汚染されにくい、経済的な流量計をつくることを基本としている。
【００１１】
本目的は請求項１に記載の流量計に関する発明により達成される。本発明の有利な改良は従属クレームにより提供される。
【００１２】
本発明にかかるデザイン、さらなる有利性、および、詳細を図面に基づいて以下に説明する。
【００１３】
図１において、１は計測管であり、２および３は計測管１を図示しない管系に取り付けるための管フランジであり、４は計測管軸、５は計測管１の内壁であり、６ないし１２は超音波を偏向させる鏡面であり、１３は断面Ａ−Ａ’に対応する平面であり、計測管軸４は平面１３に向かって下げ振り(Lot)である。１４および１５は超音波トランスデューサまたはショートトランスデューサ(kurzWandler)を指し、また１６および１７は超音波トランスデューサ１４または１５と計測管１とを連結するためのアダプタまたは連絡管(Uebergangsstuecke)である。
【００１４】
トランスデューサ１４または１５はトランスデューサフランジ１８により連絡管１６または１７と、計測管１内を流れる媒体１９が開放系に流出しないように締結される。別の構造においては、連絡管１６、１７はトランスデューサ１４、１５の筐体の部分である。例えば温水、もしくは、冷水、ベンゼン、オイル、または、メタン、天然もしくは都市ガス等といった、液体または気体を媒体１９と称する。代わりに、トランスデューサ１６、１７は、特にネジ切りされたアダプタを用いたり、または、用いずに、計測管１の壁部を形成するプレート５ａに締結可能である。プレート５ａは図１および図２において線５ｃによりその境界が示されている。その結果、トランスデューサ１６、１７は共に、それらが作り付けであっても、簡単に計測管から外すことができる。標準サイズＤＮ５０による寸法形状をプレート５ａの構造が有することが望ましい。
【００１５】
図１は切断して開かれている管１を示し、長手方向段面が図の面と一致している。鏡面６および１０、第２トランスデューサ１５、ならびに、連絡管１７の部分は長手方向断面平面に配置されており、よって切断されている。これらは、理解を助ける目的で点線で示している。
【００１６】
鏡面６、８、１０、および、１２の中心は、計測管軸４を含み、長手方向断面Ｃ−Ｃ’（図２）と直交するアジマス面Ｂ−Ｂ’（図２）の横断線上に配される。第１および第５の鏡面６および１０は計測管１の切り落とされている部分に配置され、第３および第７の鏡面８および１２が内壁５上に見られる。第２、第４、および、第７の鏡面７、９、および、１１の中心は長手方向断面Ｃ−Ｃ’に含まれる内壁５上の横断線上に位置する。
【００１７】
トランスデューサ１４、１５は、例えば回転対称性の容器のような筐体を有し、射出軸２０、２１方向に超音波を射出または受け取る。連絡管１６、１７は射出軸２０、２１との位置が調整され、超音波が経路２２を通り第１鏡６に達するようにされる。射出軸２０、２１の傾きにより、長手方向断面Ｃ−Ｃ’の横断面は例えば連絡管のみを横切ることになる。
【００１８】
第１トランスデューサ１４の射出軸２０は始点２３において、内壁５の延長上、長手方向断面Ｃ−Ｃ’を貫き、長手方向断面Ｃ−Ｃ’の上に伸びて第１鏡面６に達する。射出軸２０または２１が計測管１の内壁５を貫く点が、鏡面６または１２、および、トランスデューサ１４または１５に最近のアジマス面Ｂ−Ｂ’を定める。
【００１９】
第１トランスデューサ１４の射出した超音波は第１鏡面６に当り、反射の法則に従って第２鏡面７に向かう。第２鏡面７における反射の後、長手方向面Ｃ−Ｃ’の下方に位置する第３鏡面に当る。第３鏡面が超音波を、長手方向断面Ｃ−Ｃ’の高さにある第４鏡面９に向かわせるので、その後、経路２２は第２トランスデューサ１５の送り軸２１と平行に走る。
【００２０】
第４鏡面９における反射の後、超音波の方向は再び第１トランスデューサ１４の射出軸２０と平行になる。さらなる反射面１０、１１、および、１２において反射が繰り返され、第７すなわち最後の鏡面１２が超音波を第２トランスデューサ１５の射出軸２１と位置合わせする。超音波は再び長手方向断面Ｃ−Ｃ’を下方より終点２４において貫き、第２トランスデューサ１５に達する。
【００２１】
経路２２は計測管１において、計測管軸４に関し２回回転した螺旋形線分群を形成する。従い、経路２２の長手方向断面Ｃ−Ｃ’への射影は文字「Ｗ」を形成し、始点２３および終点２４は「Ｗ」形状の端点である。始点２３および終点２４の間の距離ｄは、流れを記録するための、計測管１の有効長である。
【００２２】
第２トランスデューサ１５が超音波を射出すれば、超音波は経路２２を反対方向に進み、先ず最近の鏡面１２に当り、鏡面１１ないし６を通って、超音波を受ける第１トランスデューサに向かう。媒体１９は所定の方向２５に流れるので、媒体１９を通ってなされる伝達への影響のために、流れの方向２５に沿った、または、反対の方向への超音波の進行にかかる時間は異なる。これは流れの平均流速に比例し、例えば、図示されていない評価ユニットにおいて位相差として計測可能である。
【００２３】
従来の技術とは対称的に、射出軸２０および２１は長手方向断面Ｃ−Ｃ’上に無い。計測管１の外側では、第１トランスデューサ１４の射出軸２０は長手方向断面Ｃ−Ｃ’の下方に位置し、第２トランスデューサ１５の射出軸は長手方向断面Ｃ−Ｃ’の上方にある。
【００２４】
計測管の別の構造においては、第２トランスデューサ１５が第４の鏡面９に代わって配置されており、射出軸２１は第３鏡面８の中心に向かっている。螺旋形線分群は完全に３６０度回転した後終了する。経路２２の長手方向断面Ｃ−Ｃ’への射影は文字「Ｖ」の形をしている。端点２４はこの構造における第４鏡面９の中心点に位置する。「Ｖ」形状の始点２３と終点２４との間の距離が流れの速度を計測する上での計測管１の有効長を定める。
【００２５】
計測管１の別の構造においては、第２トランスデューサ１５が第２鏡面７に続く鏡面８、９、１０、１１、１２のうちの１つの代わりに配置されている。例えば、第３鏡面８の代わりに配されて第２トランスデューサ１５の射出軸２１は最近の鏡面、ここでは鏡面７の中心を通るように方向付けられる。だが、これらの構造においては流れのプロファイルは最適に記録されない。少なくとも、超音波は２回の反射が必要であり、それにより射出軸２０、２１は一平面内に位置しない。
【００２６】
断面Ａ−Ａ’の例を図２、図３、および、図５に示すが、面１３（図１）が描画面である。平面１３は長手方向面Ｃ−Ｃ’およびアジマス面Ｂ−Ｂ’と垂直に交差する。図２においては、計測管１は方形の中空部を有しており、例えばそれは市販の引き抜き加工された金属部材である。超音波は数回にわたって内壁５で反射する。
【００２７】
周波数１ＭＨｚの超音波に関し、水中での波長はおよそ１．５ｍｍであり、引き抜き加工された管に関しては、内壁５自体が波長１．５ｍｍの超音波に対して鏡となるだけの質を有している。内壁５の再処理または個々の鏡面６ないし１２の取り付けは不要となる。平面１３から流れ２５の方向（図１）を見れば、超音波は鏡面９で反射し、（図２において切り取られている）第１トランスデューサの射出方向２０に平行なサブセグメント２６の方向に向けられて、鏡部１０に向かう。
【００２８】
超音波は２７、２８、および、２９と称するサブセグメントにしたがって次々と下流に伝播し、鏡面１１および１２は必ず超音波を終点２４（図１）の方向へ向け、第２トランスデューサ１５に射出方向２１より到達する。鏡面９のみが断面に示されている。他の鏡面１０、１１、および、１２は平面１３の下方にあるため、ただ記号的に示されている。平面に射影された経路２２（図１）は螺旋形状の線分群であり、完全な３６０度回転には、４つのサブセグメント２６ないし２９を有する。
【００２９】
螺旋形の線分群は計測管軸４周りに螺旋を描き、経路２２が長手方向断面Ｃ−Ｃ’上への射影において文字「Ｗ」（図１）を形成する場合、各３６０度回転において、計測管軸４と平行な方向に距離ｄ（図１）の半分をカバーする。しかし、経路が「Ｖ」形状であれば、線分群は１回の回転の後、第２トランスデューサ１５に到達してしまう。方形断面を有する計測管１において、図示されている射影では超音波は鏡面６ないし１２（図１）上で角度４５度以下であるが、超音波は各鏡面６ないし１２（図１）において、角度９０度で偏向されている。２つの射出軸２０および２１はそれ故、射影において角度９０度を同様に有する。
【００３０】
方形断面に代えて、矩形断面を計測管１に採用することもできる。この構造では、鏡面上の経路２２は、鏡面に対して鋭角をなして計測管１の狭い方の側部へ向かい、また鈍角をなして計測管１の広い方の側部へ向かう。相応じて射出軸２０および２１のなす角度も変化する。サブセグメント２６ないし２９は、平面１３上への射影においては正方形の代わりに、長斜方形を形成する。
【００３１】
別の構造において、計測管１は円形断面を有する。計測管１に通っている経路２２は図２に示される平面１３上への射影が正方形を採用している。
【００３２】
図３に示す構造において、計測管１は円形断面Ａ−Ａ’（図１）を有する。螺旋形状線分群は例えば、平面１３（図１）上への射影において正三角形形状を有する経路２２を描く。超音波は内壁５で反射する。サブセグメント２６は（図２の）第１トランスデューサ（図示せず）の射出軸２０（図２）の方向と平行に鏡面９を出発する。経路２２は反射の法則に従って平面１３の下方にある鏡面１０および１１で方向を変え、サブセグメント２８は射出軸２１と平行に第２トランスデューサ１５に導かれる。
【００３３】
螺旋形状線分群は、１回の３６０度回転につき、３つのサブセグメント２６、２７、および、２８を有する。１回回転につき、サブセグメント２６上の線分群始点２３とサブセグメント２８上の終点２４とは計測管軸４と平行な方向に距離ｄ（図１）だけ離れている。２回回転の螺旋形状線分群では、始点２３と終点２４との間に、サブセグメント２６、２７、および、２８からなる２つのグループが経路２２を形成している。射出軸２０（図１）および２１は、よって、正三角形の２つの側部と方向を同じくし、平面１３上への射影において角度６０度をなす。
【００３４】
図４は、線分群が３６０度回転につき３つのサブセグメント２６（図３）、２７（図３）、および、２８（図３）を有する場合の、長手方向断面Ｃ−Ｃ’（図３）上への射影で、計測管１の経路２２の螺旋形状線分群を示している。図４において、１回回転のみの螺旋形状線分群からなる経路２２は始点２３から終点２４の間で破線にて示されており、２回回転の螺旋形状線分群からなる経路２２は点線にて示している。始点２３と終点２４とは計測管軸４と平行に距離ｄだけ離れている。経路２２は少なくとも２回、内壁５（図１）で反射する。
【００３５】
図５に示す別の構造においては、計測管１は正六角形の断面を有する。計測管１の全ての１つの側部を隔てた側部(Jede zweite Seite)は入射超音波に対して適切な角度を有し、そのため、超音波は内壁５（図３）において進路を変え、経路２２のなす螺旋形状線分群（図４）の方向に向かう。平面１３（図１）上への射影において、螺旋形状線分群は計測管軸４を正三角形の中心とする、サブセグメント２６、２７、および、２８からなる正三角形を形成する。
【００３６】
図３および５に示すような整った管形状の代わりに、幅の歪んだ断面を有する計測管１を用いることも可能である。平面１３への射影において、３つのサブセグメント２６、２７、２８は正三角形の代わりに底辺がアジマス面Ｂ−Ｂ’と平行な二等辺三角形を形成する。二等辺三角形の底辺からの全高は、計測管軸４を通り、長手方向断面Ｃ−Ｃ’に存在する。
【００３７】
超音波の内壁における反射の回数ｚは螺旋形状線分群の回転あたりのサブセグメント２６、２７、２８、および、２９（図２）の数ｓ、および、始点２３（図４）と終点（図４）との距離ｄが経路２２上でカバーされるまでの螺旋形状線分群の計測管軸４周りの回転数ｎによって規定される。従って、ｚ＝ｓ×ｎ−１であり、ここで、ｓは１よりも大きい自然数であり、ｎはゼロよりも大きい自然数である。
【００３８】
図６においては、サブセグメント２６ないし２９を有する螺旋形状線分群を一視点で示すために、矩形断面を有する「透明な」計測管１において経路２２（図１）を示している。参照数字３０、３１、３２、および、３３は、視点２３から来る超音波が反射する順番に、計測管１の内壁（図５）の４つの内部表面を示している。
【００３９】
高さｈは第１および第３内部表面３０および３２を横切る方向の計測であり、幅ｂは第２および第４内部表面３１および３３を横切る方向の計測である。計測部分の長さは距離ｄに一致する。経路２２の射影は、破線のセグメント３４によって表されている長手方向断面Ｃ−Ｃ’と平行な内部表面上に「Ｖ」形状を形成する。
【００４０】
図６において、本図には図示していないトランスデューサ１４（図１）、１５（図１）は計測管１の外側表面（図示せず）上に配置され、第４の内側表面３３に属している。計測管軸４に平行な、第１および第３内部表面３０、３２上の点線はアジマス平面Ｂ−Ｂ’との交線である。第２内部３１および第４内部３３は、計測管軸４と平行な、点線にて示す中央線３５、３６で長手方向に分割されている。中央線３５、３６は長手方向断面Ｃ−Ｃ’と第２および第４内部表面３１、３３との交線である。
【００４１】
アジマス軸３７または３８は、始点２３または終点２４が位置する第４内部表面への重錘線であり、射出軸２０または２１の第４表面への射影はアジマス角Ψだけ回転している。
【００４２】
第１トランスデューサ１４が、射出方向２０へ超音波を発する。超音波は始点２３より計測部分へひろがり、経路２２に沿って進む。サブセグメント２６は始点２３より仰角を持って上昇し、射出軸２０が第１内部表面３０を貫く点に達する。この貫通点とは第１鏡面６の中心点である。第１鏡面６により、超音波は第２セグメント２７に送られ、第２内壁３１上の鏡面７へ向かう。第３鏡面８は超音波を第４セグメント２９へと偏向する。この第４セグメント２９は終点２４へと続いており、第２トランスデューサの射出軸である。
【００４３】
サブセグメント２６の第４内部表面３３に含まれる成分３９は、第４内部表面３３において中央線３６とアジマス角Ψをなす。
【００４４】
アジマス角Ψは次の式により算出される。
tangent(Ψ) = s n b / 2 d                                                    [1]
ここで、s n b は、計測管１の幅ｂ、計測管軸４周りに螺旋形状線分群の３６０度回転の数ｎ、および、一回転あたりのサブセグメント２６ないし２９の数ｓの積である。分母における、２ｄは距離ｄの２倍を表す。仰角εは次式により決定される。
tangent(ε) = s n h / cos(Ψ) / 2 d                                          [2]
ここで、分子のｂは、計測管１の高さｈと置き換えられ、積s n h はcos(Ψ)倍される。一回転につき、螺旋形状線分群が３つのサブセグメントを有するならば、式[1]、式[2]においてｓ＝３が選択され、サブセグメント２６、２７、および、２８の平面１３（図１）への射影が形成する三角形の底辺をｂとし、この三角形の高さをｈとする。
【００４５】
各サブセグメント２６ないし２９は長さが等しく、長手断面Ｃ−Ｃ’上への射影において長さｄ／ｓを有する。サブセグメント２６ないし２９に沿った経路２２は、結果として長さＬ ＝ ｄ・[cos(Ψ)・cos(ε)]−１を有する。距離ｄに等しい経路２２の流れの方向と平行な成分のみが、流れる媒体中の超音波に作用する伝達効果(Mitfuehreffekt)に関して有効である。
【００４６】
アジマス角および仰角εの幾つかの値を例示的に表１に示す。ここで、計測管１は距離ｄおよび高さｈは幅ｂを単位として規定し、経路２２は前述の意味を有する数ｓおよびｎによって規定される。
【表１】
2004520573.tif 000003
【００４７】
図７はトランスデューサ１４、１５（図１）の計測管１への導入部を示している。本図は第１トランスデューサ１４の一例である。計測管１は各トランスデューサ１４、１５に対し、環状連結フランジ４０を備える。環状連結フランジ４０は計測管１の壁部における円形開口部４１の周りに設けられている。２つの連結フランジ４０のシーリング面はアジマス面Ｂ−Ｂ’（図６）と平行に配されることが好ましい。トランスデューサ１４または１５（図１）は媒体１９（図１）内へ開口部４１により導入される。
【００４８】
連絡管１６または１７（図１）の連絡フランジ４２は、例えば連結フランジ４０と同一の外寸を有する。連絡フランジ４２は、そのシーリング面を連結フランジ４０のシーリング面に対して曝しており、そうすることにより計測管１の開口部は媒体１９の損失を封じている。連結フランジ４０、開口部４１、および、連絡フランジ４２は、アジマス軸の方向に向かって、その中心を同じくするように配されている。トランスデューサ１４または１５の射出軸２０または２１（図１）はアジマス軸に関して（９０度 − ε）なる角をなす。２つの軸２０と３７または２１と３８は、始点２３または終点２４（図６）において交差する。
【００４９】
射出軸２０は始点２３において経路２２の第１部分２６に通じている。第４部分２９（図６）は終点２４において第２射出軸２１になる。超音波トランスデューサ１４、１５の射出軸２０、２１が同一の平面内に配置されず、また、内壁５は、超音波を射出または受信している筐体要素４５のための開口部４１まで完全になめらかである点が、本流量計の特徴である。
【００５０】
ある構造においては、射出軸２０または２１を有するトランスデューサ１４または１５は、アジマス軸３７または３８に関して回転可能であり、それによって、アジマス角Ψは調整可能であり、射出軸２０または２１はあらゆる所望のアジマス角Ψをなす位置に固定可能である。さらに別の構成においては、連結フランジ４０および連絡フランジ４２と係合して形態を固定するガイドボルトを用いてアジマス角Ψが所定角に固定される。ガイドボルトにより、計測管１上のトランスデューサ１４もしくは１５および連絡管１６もしくは１７の再現性のある取り付けが可能となる。
【００５１】
トランスデューサ１４、１５は、超音波にとって透明な窓４４を備えた筐体要素４５を有する。筐体要素４５は、筐体要素４５が流れている媒体１９の妨げにならない程度に、開口部４１を満たしている媒体１９内に窓４４前面を浸す。別のさらなる補機なしで、射出トランスデューサ１４または１５から容易に発散する性質の放射波として媒体１９中に超音波が放射される。有利なことには、超音波のための窓４４前面のレンズにより、この発散性を補償している。なぜならば、この構造において、受信トランスデューサ１５または１４において信号は大きいほうが有用であるからである。
【００５２】
図８は窓４４の媒体１９（図１）に面した側にある超音波用フレネルレンズ４６を示す。これは、スチール、ブラス、銅、アルミニウム等のように、媒体１９の音速と比較して高速な音速を有する材料からなる、射出軸２０または２１の同心の環状リング４７を備える。環状リング４７の幅、および、媒体１９に満たされている環状リング４７の隙間は、媒体１９における超音波の波長と比較して小さい。それは例えば、波長の０．０５から０．５の範囲の値である。環状リング４７の材料および媒体１９における音速の相違により、送り軸２０または２１に向かう超音波の屈折が生じる。窓４４の表面上の環状リング４７の厚さがレンズの焦点距離４６を決定する。
【００５３】
ステンレス鋼、スチール、銅、ブラス、アルミニウム等からなる引き抜き加工による金属形材の代わりに、計測管１はこれらの材料の鋳造またはプレス加工品でもよい。ガンメタルまたはプラスチック、特に、ＡＢＳ、ＰＰＳ、ＰＢＴ等グラスファイバ補強されたタイプを材料として用いることができる。
【００５４】
再度、この新しいアイデアの基本的な考え方の一部分を図９および図１０にて概略的に示す。トランスデューサ１６、１７が、計測管１上のプレート５ａ上に斜めに配置され、計測管１にはネジ形状で射出されるような方向を向けられている。このようにして、簡素な構造、簡便な互換性、および、メンテナンス実施可能性を備える。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】計測管の長手方向断面図である。
【図２】計測管の断面図である。
【図３】計測管の第２の構造の断面図である。
【図４】計測管の長手方向断面図である。
【図５】計測管の別の構造の断面図である。
【図６】計測管における超音波トランスデューサの配置図である。
【図７】計測管における音響路(Schallweg)の図である。
【図８】超音波集束装置の断面図である。
【図９】流量計の概略的図である。
【図１０】流量計の概略的図である。
【符号の説明】
【００５６】
2004520573.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004520573.tif 000005
2004520573.tif 000006
2004520573.tif 000007
2004520573.tif 000008
2004520573.tif 000009
2004520573.tif 000010
2004520573.tif 000011
2004520573.tif 000012
2004520573.tif 000013
2004520573.tif 000014
2004520573.tif 000015
2004520573.tif 000016
2004520573.tif 000017
2004520573.tif 000018
2004520573.tif 000019
2004520573.tif 000020
2004520573.tif 000021
2004520573.tif 000022
2004520573.tif 000023
2004520573.tif 000024
2004520573.tif 000025
2004520573.tif 000026
2004520573.tif 000027
2004520573.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月30日(2003.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状の計測管（１）を有する流量計で、前記計測管には気体または液体の媒体（１９）が流れ、超音波変換機（１４；１５）が媒体（１９）に浸されながら超音波を射出し、さらに媒体（１９）から超音波を受信し、前記超音波は超音波変換機（１４；１５）の射出軸（２０または２１）に沿って伝播し、超音波変換機（１４；１５）の射出軸（２０；２１）は同一平面内には含まれず、前記超音波の、一の超音波変換機（１４または１５）から他の超音波変換機（１４または１５）への、一の経路（２２）が計測管（１）内壁（５）において少なくとも２つの反射点を有する、流量計であって、
超音波変換機（１４；１５）が変換機フランジ（１８）によりアダプタ（１６；１７）に着脱可能に連結されていること、
アダプタ（１６；１７）が連絡フランジ（４２）により計測管（１）の連結フランジ（４０）に着脱可能に連結されていること、および、
超音波変換機（１４；１５）の筐体部（４５）が窓（４４）によりアダプタ（１６；１７）を通して媒体（１９）に浸され、超音波の伝播を可能とし、ここでアジマス軸（３７；３８）は連結フランジ（４０）の環の中心を経て計測管軸と９０度をなして交差し、かつ、射出軸（２０；２１）は計測管（１）の長手方向断面（Ｃ−Ｃ’）に含まれていないことを特徴とする流量計。
【請求項２】
経路（２２）は部分（２６；２７；２８；２９）を有しており、螺旋形状線分群形態で計測管軸（４）の周りにコイル状となっていること、および、
ｚ＝ｓ・ｎ−１なるｚは内壁（５）における超音波の反射回数であることを特徴とし、ここでｓおよびｎは整数であって、ｓ＞１なるｓは前記螺旋形状線分群の一回回転を形成する部分（２６；２７；２８；２９）の数であり、また、ｎ＞０なるｎは前記螺旋形状線分群の、経路（２２）における計測管軸（４）周りの回転数である、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
２つのアジマス軸（３７；３８）が、計測管軸（４）を含んでいる同一の長手方向断面（Ｃ−Ｃ’）に含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の流量計。
【請求項４】
超音波変換機（１４；１５）およびアダプタ（１６；１７）はアジマス軸（３７；３８）周りに旋回可能であり、かつ、計測管軸（１）の連結フランジ（４０）上の所定の位置に固定可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項５】
連絡フランジ（４２）および連結フランジ（４０）が形態固定ガイドボルト（４３）により、計測管（１）上において、予定されている通りに超音波変換機（１４；１５）の位置を調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項６】
超音波変換機（１４；１５）の超音波透過性の窓（４４）の媒体側に集束レンズ（４６）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項７】
前記レンズ（４６）は超音波用のフレネルレンズであること、および、
前記レンズ（４６）はスチール、ブラス、銅、アルミニウム、および、同等材からつくられた環状体であり、射出軸（２０または２１）に関して同心であり、また、媒体（１９）で満たされた間隙空間（４８）を有し、前記空間が射出軸（２０または２１）に関して同心であることを特徴とする請求項６に記載の流量計。
【請求項８】
超音波変換機（１４、１５）が、それぞれのアダプタ（１６、１７）とともに同一のプレート（５ａ）に配置されており、前記プレートは計測管（１）の壁部を形成し、取り外し可能に計測管に取り付けられていることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の流量計。
【国際調査報告】
2004520573.tif 000029
2004520573.tif 000030
2004520573.tif 000031
2004520573.tif 000032
2004520573.tif 000033
2004520573.tif 000034