(57)【要約】【課題】大容量の超音波流量計を小形にする。偏流による計測誤差をなくす。断面平均流速や断面平均流量を高精度に計測する。整流を良くする。【解決手段】互いに同軸の円柱面５と６の間の２重円管流路７内を矢印Ｖ方向に流体が流れる。超音波センサー８と９の間を符号１０で示す螺旋に沿って超音波が伝搬する。両センサー８と９の位置は互いに円周角で１８０度の位置にあり、図１（ｂ）のハッチングで示す測定域の断面平均流速や断面平均流量を得る。両円柱面５と６の距離ｈの１０倍の長さの流路７は、流れよく整流する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の円柱面と、第１の円柱面の軸と同軸でかつ直径の大きな第２の円柱面との間に形成された２重円管流路を母線方向に被計測流体が流れる流量計であって、
少なくとも１組として作用する二つの超音波センサーが、２重円管流路の上流と下流にかつ一定の円周角だけ離れて、前記母線方向に対し所定の角度で超音波の送受信を行うよう設置されていて、両超音波センサー間の流体中を超音波がほぼ螺旋状に伝播することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
第１の円柱面と、第１の円柱面の軸と同軸でかつ直径の大きな第２の円柱面との間に形成された２重円管流路を母線方向に被計測流体が流れる流量計であって、
少なくとも１組として作用する二つの超音波センサーが、２重円管流路の上流と下流にかつ一定の円周角だけ離れて、前記２重円管流路において両超音波センサーを結ぶ螺旋状経路を介して超音波の送受信を行うよう設置されていて、両超音波センサー間の流体中を超音波がほぼ螺旋状に伝播することを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
第１の円柱面と、第１の円柱面の軸と同軸でかつ直径の大きな第２の円柱面との間に形成された２重円管流路を母線方向に被計測流体が流れる流量計であって、
少なくとも１組として作用する二つの超音波センサーが、２重円管流路の上流と下流にかつ一定の円周角だけ離れて、前記２重円管流路において両超音波センサーを結ぶ螺旋状経路を介して向き合うよう設置されていて、両超音波センサー間の流体中を超音波がほぼ螺旋状に伝播することを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
複数組の超音波センサーを設置して、各組の超音波センサーで計測範囲を分担し、全組で全周の平均流速を得るようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項５】
１組として作用する二つの超音波センサー同士の円周角がほぼ１８０度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
第１の円柱面と第２の円柱面の距離ｈに対して、流路の長さを１０倍以上に定めたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波流量計の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計は、例えば図２（ａ）（ｂ）のように、管路１の上流と下流に直線的に対向した位置（反射を含む）に超音波センサー２，３を設置している。
【０００３】
この従来技術では、両超音波センサー２，３を結ぶ直線的な伝搬路４に沿って超音波が伝搬する。
【０００４】
図２の従来技術では管路１が円形管路であるが、図３（ａ）（ｂ）のように断面が長方形の角形管路に超音波センサーを設置することも公知である。
【０００５】
なお、図２でＨは距離の小さい２面間、つまり狭面間の距離である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の技術では、直線的に対向した位置（反射も含む）に超音波センサーを設置しているので、超音波センサーの設置位置の自由度が小さいという問題点があった。
【０００７】
そして、図２（ａ）（ｂ）の従来技術では、超音波流量計として、送受信センサー間を結ぶ伝搬路４の線平均流速しか計測できないため、流路（管路）内の偏流による計測誤差が問題となっていた。また、断面平均流速を測定していないために、被計測気体の種類に応じて粘性係数が異なることに起因する管内流速分布の相違があると、ガス種、ガス状態により流量計の特性が異なるという問題点があった。
【０００８】
図３（ａ）（ｂ）の従来技術では、狭面間の距離Ｈが小さい小流量用の場合に断面平均流速が測定できるが、小流量用に用途が限定され、大流量用に適さないばかりでなく、上下壁面による悪影響は避けられず、正確な断面平均流速を得ることができず、流量計の精度を高められないという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明はこのような従来技術の問題点を解消し、比較的大容量の超音波流量計の小形化、高精度化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】
【００１０】
本発明は、同軸の２つの円柱面の間の２重円管流路を母線方向に流体が流れる流量計で、２重円管流路に設置された１組の超音波センサー間を超音波が螺旋状に伝搬することを最も主要な特徴とする。
【００１１】
そして、前記目的を達成するために、請求項１の発明は、 第１の円柱面と、第１の円柱面の軸と同軸でかつ直径の大きな第２の円柱面との間に形成された２重円管流路を母線方向に被計測流体が流れる流量計であって、
少なくとも１組として作用する二つの超音波センサーが、２重円管流路の上流と下流にかつ一定の円周角だけ離れて、前記母線方向に対し所定の角度で超音波の送受信を行うよう設置されていて、両超音波センサー間の流体中を超音波がほぼ螺旋状に伝播することを特徴とする超音波流量計である。
【００１２】
請求項２の発明は、第１の円柱面と、第１の円柱面の軸と同軸でかつ直径の大きな第２の円柱面との間に形成された２重円管流路を母線方向に被計測流体が流れる流量計であって、
少なくとも１組として作用する二つの超音波センサーが、２重円管流路の上流と下流にかつ一定の円周角だけ離れて、前記２重円管流路において両超音波センサーを結ぶ螺旋状経路を介して超音波の送受信を行うよう設置されていて、両超音波センサー間の流体中を超音波がほぼ螺旋状に伝播することを特徴とする超音波流量計である。
【００１３】
請求項３の発明は、 第１の円柱面と、第１の円柱面の軸と同軸でかつ直径の大きな第２の円柱面との間に形成された２重円管流路を母線方向に被計測流体が流れる流量計であって、
少なくとも１組として作用する二つの超音波センサーが、２重円管流路の上流と下流にかつ一定の円周角だけ離れて、前記２重円管流路において両超音波センサーを結ぶ螺旋状経路を介して向き合うよう設置されていて、両超音波センサー間の流体中を超音波がほぼ螺旋状に伝播することを特徴とする超音波流量計である。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波流量計において、複数組の超音波センサーを設置して、各組の超音波センサーで計測範囲を分担し、全組で全周の平均流速を得るようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波流量計において、１組として作用する二つの超音波センサー同士の円周角がほぼ１８０度であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波流量計において、第１の円柱面と第２の円柱面の距離ｈに対して、流路の長さを１０倍以上に定めたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の超音波流量計は上述のように構成されているので、流路断面積×最大流速で最大流量が決まり、他に制約はないため、大容量流量計測が可能である。
【００１８】
また、直接断面平均流量（＝実流量）が得られるため、広い部分の平均断面流速が得られ、偏流に関する誤差が小さい。そして、ガス種、ガス状態（温度、圧力）によらず、正確な体積流量が得られる。
【００１９】
更にまた、図２の従来技術のように、誤差要因となる側壁（上下壁）がなく、全周が同一の形状であるため、計測精度が向上する。そして、請求項６の構成では、比較的短い流路で整流効果が得られ、この面からも流量計の小形化に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図の実施例に基づいて説明する。
図１（ａ）（ｂ）において、第１の円柱面５の直径はｄ、第２の円柱面６の直径はＤで、両円柱面５と６の軸は同軸である。そして両円柱面５，６の間の断面がドーナツ状の２重円筒流路７に１組として作用する二つの超音波センサー８，９が設置されている。
【００２１】
両超音波センサー８，９は上流と下流に離れて、かつ互いに１８０度の円周角だけ離れた位置に設置されていて、両センサー８，９間を符号１０に示す螺旋状に超音波が伝搬する。
【００２２】
なお、図１（ａ）で、点線の矢印Ｖは流体の流れ方向を示す。
両円柱面５，６間の距離（Ｄ−ｄ）／２＝ｈ即ち狭面間の距離が超音波センサー８，９に対応した固有の値以下の場合、狭面間を符号１０に示す螺旋に沿って伝搬する超音波は、ｈとある幅ΔＷの断面積ｈ×ΔＷの平均的な合成波となる。
【００２３】
従って、１組のセンサー８，９で断面ｈ×ΔＷの断面平均流速が得られる。音波は直線状ではなく、ある面積分の合成波となって伝搬する。その結果、図１（ｂ）で示すハッチング部分の平均流速つまり１８０度の円周角に相当する部分の平均流速を得るようにした。
【００２４】
もし偏流が顕著である場合は、二つのセンサー８，９の円周方向の位置を互いに円周角で３６０°（即ち全周）だけずらして配置しても良いし、複数組の超音波センサーで、全周分をそれぞれ分担して計測するようにしてもよい。
【００２５】
例えば、互いに１８０度の円周角で上流と下流に配設した１組の超音波センサーと、他の１８０度の円周角で互いに上流と下流に配設した別の１組の超音波センサーとで、それぞれ半周分ずつの計測を分担し、両組で全周分の平均流速を計測するようにすることもできる。
【００２６】
超音波センサーの設置に関しては、１組となる二つのセンサー間の円周角を大きくすれば広い計測範囲（測定域）の断面平均流速が測定でき、偏流に関しては有利となる。計測域は図１（ｂ）でハッチングした部分に相当する。
【００２７】
センサー間の距離に制約があれば、円周角を大きくする程流速方向成分の信号が小さくなり、微少流量精度が劣化する。また大径になれば測定域（円周角）は減少する。従って、現実的には、二つのセンサー間の円周角つまり測定域は半周（１８０度）程度を限度とし、複数組の超音波センサーを設けるのが良い。
【００２８】
超音波が円柱面５と６の狭面間をある面積をもって螺旋状に伝搬すると、（直線的に反射するのではなく）中心波も拡散波も一体となって伝搬し、その測定域の断面平均流速が得られる。
【００２９】
２重円管流路は、流路断面積を大きくでき、大容量の流量計に好適である。また、狭面間での距離ｈに対し１０倍以上の流路長さとすることで、整流が良くなり、円形管路の場合の直径の１０倍以上で整流を良くするのと同様の効果が得られる。
【００３０】
本発明では第２の円柱面の直径Ｄよりも小さい距離ｈの１０倍の流路長で整流が良くなるので、その分流量計の小形化に役立つ。なお、実施例では流路断面積はπ（Ｄ２ −ｄ２）／４で、この流路断面積に最大流速Ｖｍａｘ を掛けると最大流量となり、流量計の容量が決まる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例の略図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は流路の横断面図である。
【図２】従来技術の略図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図３】別の従来技術の略図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
５，６ 円柱面
７ ２重円管流路
８，９ 超音波センサー
ｈ 距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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