(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉弁を有する導入路と、曲げ部と計測流路とを有する計測路と、前記計測流路の対向壁面に設けた少なくとも一対の超音波送受信器と、前記導入路の開閉弁下流側流路と前記計測路の入口部とを接合する継ぎ手管と、前記継ぎ手管の流体通過部に設けた流体制御手段と、前記超音波送受信器間の超音波の伝搬時間を計測する計測制御手段と、前記計測制御手段からの信号に基づいて流量を算出する演算手段と、前記計測流路の前記開閉弁下流側流路に対向する壁面に設けられた窪みとを備えてなる超音波流量計測装置。
【請求項２】
流体制御手段は多孔性を有する請求項１記載の超音波流量計測装置。
【請求項３】
流体制御手段は板状部材よりなる請求項２記載の超音波流量計測装置。
【請求項４】
流体制御手段は網目構造の部材よりなる請求項２記載の超音波流量計測装置。
【請求項５】
流体制御手段は複数の筒状の格子からなる請求項２記載の超音波流量計測装置。
【請求項６】
継ぎ手管の流路通過部の一部を遮蔽するように覆う流体制御手段を有する請求項１記載の超音波流量計測装置。
【請求項７】
継ぎ手管の管路内に流体の流れに抗する方向に複数の邪魔板を有する請求項１記載の超音波流量計測装置。
【請求項８】
継ぎ手管の流体が通過する管路内が流体の流れ方向に複数の仕切板により仕切られている請求項１記載の超音波流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波により気体や液体の流量や流速の計測を行う超音波流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の超音波流量計測装置としては、例えば特開平９−１８５９１号公報や特開平１１−３５１９２６号公報が知られており、図１１は特開平９−１８５９１号公報の例を示す。図１１において、被計測流体を流す計測流路１の中心線を挟んで対向し、かつ中心線に対して所定角度を有する周面に一対の超音波送受信器２、３を設けると共に、計測流路１の流体流入口４に計測流路１と同一方向の向きに、平行に配列された複数の細管５から構成した整流体６を設けている。そして、流体の流れに対して順方向と逆方向に超音波を超音波送受信器２、３間で送受信して、両方向の伝搬時間差から流速を計測し、配管の断面積より流量を算出している。このとき、計測流路１に入る流れは整流体６を構成する細管５によりその流れ方向を計測流路１と同一方向に規制して、計測部での流線の傾きを低減したり、渦の発生を抑制して流れの乱れの境界面での超音波の反射や屈曲による超音波の受信レベルの変動を低減して測定精度の悪化を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成では、図１２に示すように実際計測に使用する場合、計測装置の流体の配管上での設置状態においては流量計測装置を小型化するために必要な短い間隔での流路の屈曲や細管化、計測部分の上流側に設ける流体導入路２１の開閉弁２３部の流路の屈曲、局部的な断面積の変化などがあり、これらの部位で偏流が発生しやすくなる。特に計測部分が共通で、上記した計測部以外の配管状態が個々の必要実態に応じて設計される場合、上記した計測流路に設置した整流体のみでは各配管部位で起こる複雑な偏流に対して十分な整流効果を発揮することが困難になってくる。
【０００４】
すなわち導入路の開閉弁部の構成や、配管の屈曲が大きく違う場合は偏流も大きく変わり、計測流路に偏流や過流が発生し、この偏流や渦流の発生、発生位置の変動、消滅等で流量計測の精度が狂うという課題を有していた。特に導入路内の設計変更などにより、流れの状態が変わり流量計測の精度を狂わす恐れがあった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、導入路内の流路の仕様がまちまちで計測流路の入口に至る流れの状態が大きく違うことによる流量計測精度の不安定化の防止を行い、更に計測流路入口に入る前に流れの整流作用又は流れ方向の規制と整流作用を行って、計測流路を流れる流体の流量分布の改善を行うことで、導入路等の配管形状に関係なく高計測精度化を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、開閉弁を有する導入路と、曲げ部と計測流路とを有する計測路と、前記計測流路の対向壁面に設けた少なくとも一対の超音波送受信器と、前記導入路の開閉弁下流側流路と前記計測路の入口部とを接合する継ぎ手管と、前記継ぎ手管の流体通過部に設けた流体制御手段と、前記超音波送受信器間の超音波の伝搬時間を計測する計測制御手段と、前記計測制御手段からの信号に基づいて流量を算出する演算手段と、前記計測流路の前記開閉弁下流側流路に対向する壁面に設けられた窪みとを設けたものである。
【０００７】
これによって、流体の流れが開閉弁を通過する時に開閉弁部で曲げられ、開閉弁下流側の流路の対向壁面に衝突することやその他上記したような理由で生じる偏流が継ぎ手管の整流機構で緩和され、計側流路入口での流速分布の変動が改善される事になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、開閉弁を有する導入路と、曲げ部と計測流路とを有する計測路と、前記計測流路の対向壁面に設けた少なくとも一対の超音波送受信器と、前記導入路の開閉弁下流側流路と前記計測路の入口部とを接合する継ぎ手管と、前記継ぎ手管の流体通過部に設けた流体制御手段と、前記超音波送受信器間の超音波の伝搬時間を計測する計測制御手段と、前記計測制御手段からの信号に基づいて流量を算出する演算手段と、前記計測流路の前記開閉弁下流側流路に対向する壁面に設けられた窪みとを備える事により、導入路部分で生じた偏流に対し、流れの整流作用を高め、偏流が整抑制、緩和され、正確な流路測定が可能となる。
【０００９】
また、流体制御手段が多孔性を有することで、流体が多孔部を流れることにより流体制御手段上流側で偏流を持っていた流れが整流される。
【００１０】
また、流体制御手段が複数の多孔を有する板状部材よりなり、流れが一度板状部材でせき止められてから多孔内を流れるため、流れの分布が均一化され導入路部分で発生した偏流が抑制される。
【００１１】
また、流体制御手段が網目状をなしており、導入路からの流れがこの流体制御手段により、細分均一化され、導入路部分で発生した偏流が抑制される。
【００１２】
また、流体制御部材が複数の筒状の格子よりなり、この格子により継ぎ手流路内で流れる流れに対して横方向の偏流が抑制される。
【００１３】
また、継ぎ手管管路内の流路通過部の一部を遮蔽するように覆う流体制御手段が配設されるため、導入部からの流れが、一旦流体制御部回りに迂回して進むため、導入路の形状に関係なく所定の流れが計測部に流れ、安定した流量測定が可能となる。
【００１４】
また、継ぎ手管の流体通過部に流れの方向に対して複数の邪魔板を有し、導入路からの流れに偏流があってもこの邪魔板による流れの抑止作用で偏流抑制になる。
【００１５】
また、継ぎ手管内部の流体通過部分の空間が流路の方向に複数の仕切板により仕切られ継ぎ手管内での流体の流れが規制・抑制されるため、偏流などが起こりにくくなる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明をする。
【００１７】
（実施例１）
図１、２は、本発明の実施例１における超音波流量計測装置の断面図及び上面一部断面図を示すものである。
【００１８】
図１に於いて、２１は被計測流体の導入路であり、流入口２２、電磁式またはステッピングモーター式などの開閉弁２３、開閉弁下流側流路２４で構成されている。開閉弁下流側流路２４は開閉弁２３の弁座開口部２６より下流側であり、矩形の断面形状を有する。
【００１９】
開閉弁２３の開閉中心線と開閉弁下流側流路２４の中心軸とはほぼ９０度の角度を持っている。また、開閉弁２３の駆動部２７の取り付け外形寸法を小さくするために弁座開口部２６が段差２８で開閉弁下流側流路２４に入りこみ、弁座開口部２６と、弁座開口部２６に対向する位置にある壁面２９との間が狭くなり、この部分の流路断面積を小さくしている。
【００２０】
計測路３０は曲げ部３１、計測流路入口４、計測流路入口４に設けた整流手段３２、計測流路１、排出曲げ部３３よりなる。曲げ部３１は、導入路２１の開閉弁下流側流路２４と接続しており、断面が矩形で、開閉弁下流側流路２４に対向する壁面には窪み３４が設けてある。計測流路１は導入路２１の開閉弁下流側流路２４の中心軸とほぼ直角をなしている。
【００２１】
整流手段３２は流れの乱れに応じて所望の方向に傾斜させた仕切り板で構成した流れ方向規制手段７と、微細通路を有するメッシュなどで構成した変動抑止手段８とで構成されている。
【００２２】
計測流路１は矩形断面を持っており、図２に示す様に導入路２１の方向と直角方向にある壁面には流路を挟んで一対の超音波送受信器２、３が流路の上流側と下流側で斜めに対向して装着されている。３５は流体の整流状態を現し、流路内の流速分布が矢印の長さに比例した状態で現される。３６は排出路であり、排出曲げ部３３に接続している。排出路３６の流出口３７から被測定流体は流れ出す。また導入路２１の開閉弁下流側流路２４と計測路３０と排出路３６はコの字型をしている。
【００２３】
３８は計測制御手段であり超音波送受信器２、３間で交互に超音波を送受信させて流体の流れに対して順方向と逆方向の超音波の伝搬時間の差を一定間隔を置いて計り、伝搬時間差信号として出力する働きを持つ。また３９は演算手段で前記計測制御手段３８からの伝搬時間差信号を受けて被計測流体の流速及び流量を算出するものである。更に４０はリチウム電池などで構成される電源手段である。計測制御手段３８、演算手段３９、電源手段４０の一部と開閉弁２３の駆動部２７はコの字型で構成される被計測流体の流路の内側の空間に装着されている。
【００２４】
本発明の計測装置においては上記した導入路２４と計測路１間は、継ぎ手管２５を介して接続されている。この継ぎ手管２５の内部には導入路で発生する偏流を抑制するため、流体制御手段４１が設けられている。
【００２５】
本発明の実施例１における流体制御手段４１は、多孔性を有する流体の透過性のある物質（例えばスポンジ状の物）を流体の抑制体を流体通路に充填した物である。
【００２６】
以上のように構成された超音波流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。まず、計測を受ける流体は、導入路２１の流入口２２から図示しない外部配管を経由して流入する。さらに開放されている開閉弁２３から弁座開口部２６を通り、開閉弁下流側流路２４の対向壁２９に突き当たり、方向を変え対向壁面２９に沿って偏流を形成しながら流体制御手段２５へ向かう。この偏流は弁座開口部２６から壁面２９間の距離が短く、流路断面積が狭いほど流速が早くなるので壁面に強く衝突し、強い強度のものとなる。
【００２７】
偏流は継ぎ手管２５に流れ込み、管内部の全面に拡散し、流体制御手段４１により整流され偏流が抑制されて下流側の計測流路へ流れ込む。計測流路１の壁面に設けた一対の超音波送受信器の一方から送信した超音波は、被計測流体の流速の影響を受けて、流れと順方向に伝搬する時は早く、流れと逆方向に伝搬する時は遅く他方の送受信器で受信される。この超音波の送受信は計測制御手段３８で制御されて一対の超音波送受信器２、３間で交互に行われ、電気信号に変換されて、計測制御手段３８で流体の流れの順方向と逆方向における超音波の伝搬時間に変換される。伝搬時間差は流体の流速に比例するのでこれを演算手段３９へ伝達する。演算手段３９は計測制御手段３８からの信号と、内部に記憶している計測流路の断面積と、機器固有の係数とを演算して被計測流体の流速または流量を演算する。
【００２８】
以上のように本実施例においては、導入路２１の開閉弁下流側流路２４に計測路との間に継ぎ手管２５を設けたことにより、開閉弁２３の弁座開口部流路で発生した偏流を抑制できる作用が生じ計測流路１内の流体の流れを改善し、超音波計測装置の計測精度の向上をおこなうことができる。
【００２９】
また、本実施例では、測定部上流側の設計変更が行われ導入路の形状が大きく変更され流体の流れの状態が変わり、偏流状態が変化しても計測部分にその流れが流入する前に継ぎ手管２５部分の整流作用により偏流を抑制することができるので、測定性能に影響をおよぼすことなく計測装置の設計変更の自由度も大きくなる。
【００３０】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２の超音波流量計測装置の継ぎ手管２５の断面図を示すものである。超音波流量計測装置の他の部分は図１と同じであるため省略する。図３において、４２は図１の流体制御制御手段４１としての一例である多孔を有する板状部材からなる流体制御手段である。図４は流体制御手段４２を上部から見た図で板状部材の全面に孔４３を設けてある。孔４３の大きさと、設置密度は流路を流れる流量と、偏流の大きさにより実験的に決められる。
【００３１】
以上の様に構成された超音波流量計測装置において、開閉弁２３の弁座開口部２６を通過して、対向壁２９に衝突した被計測流体は壁面に沿って下流側へ流れ、板状部材である流体制御手段４２に当たる。流体制御手段４２に設けた孔４３を流体が通過するとき通過抵抗により、過度の流量が流れる事を妨ぐので流体制御手段４２の上流面に沿って偏流が拡散し、全面に設けた孔４３を流れることで、流体制御手段４２の下流側では弱い偏流となる。
【００３２】
（実施例３）
本発明の実施例３の超音波流量計測装置について説明する。超音波流量計測装置の他の部分は図１と同じであるため説明を省略する。図５は実施例２における図３の流体制御手段４２に相当する流体制御部材４４を上部から見た図でにおいて、４４は図１の流体制御制御手段４１としての一例である金網部材からなる流体制御手段であり、金網部材であるため全面に一定の孔を有する。孔の大きさと、設置密度は流路を流れる流量と、偏流の大きさにより実験的に決められる。
【００３３】
以上の様に構成された超音波流量計測装置において、開閉弁２３の弁座開口部２６を通過して、対向壁２９に衝突した被計測流体は壁面に沿って下流側へ流れ、流体制御手段４４に当たる。流体制御手段４４である金網の孔を流体が通過すると通過抵抗が発生し、過度の流量が流れる事を妨ぐので流体制御手段４４の上流面に沿って偏流が拡散し、流体制御手段の全体の孔を流体が流れることとなり、流体制御手段４４の下流側では弱い偏流となる。
【００３４】
（実施例４）
図６は本発明の実施例４の超音波流量計測装置の流体制御手段の断面図を示すものである。超音波流量計測装置の他の部分は図１と同じであるため省略する。図６において、４５は図１の流体制御制御手段４１としての一例であり、複数の筒状格子を継ぎ手管２５流路内に収めた物である。図７は流体制御手段４５を上部から見た図で断面が六角形をした孔４６が流路全面に設けてある。
【００３５】
以上の様に構成された超音波流量計測装置において、開閉弁２３の弁座開口部２６を通過して、対向壁３１に衝突した被計測流体は壁面に沿って下流側へ流れ、流体制御手段４５の部分で偏流が拡散し、流体制御手段４５の全面に設けた孔４６を流体が均等に流れることとなり、流体制御手段４５の下流側では極めて微弱な偏流となる。又流体制御手段の筒は流体の流れを流路の向きに揃えるので、流れに横向きベクトルが無くなり、乱流、渦等流れの乱れの発生を防ぐ働きをする。次に流体制御手段４５は図７に示すような筒状の格子が六角形を有するもの以外に、三角形、四角形、丸形などの形で、流れの方向に長さのある筒の集合体であれば筒状の格子に含まれる。
【００３６】
（実施例５）
図８は本発明の実施例５の超音波流量計測装置の流体制御手段の断面図を示すものである。超音波流量計測装置の他の部分は図１と同じであるため省略する。図８において、は流路の一部を遮断するように遮断板４８が取り付けられており、導入路からの流れの一部はこの遮断板４８にぶつかるため、遮断板４８に沿って流れ、遮断板４８周囲より下部に回り込んで流れるため、導入路内で偏流がおきても、遮断板４８にぶつかることで偏流が拡散し、流れの偏流を無くすことができる。
【００３７】
（実施例６）
図９は本発明の実施例６の超音波流量計測装置の流体制御手段の断面図を示すものである。超音波流量計測装置の他の部分は図１と同じであるため省略する。図９において、継ぎ手管２５内の流体通過部分には、管壁より所定の距離をおいて流れ方向に対して抵抗となる方向に複数の邪魔板４９が設置されている。
【００３８】
導入路からの流れがこの継ぎ手管２５を通過するためにはこの邪魔板をかいくぐり通過しなければならず、流体通過の抵抗となり導入路で発生した偏流を押さえる効果がある。
【００３９】
（実施例７）
図１０は本発明の実施例７の超音波流量計測装置の流体制御手段の断面図を示すものである。超音波流量計測装置の他の部分は図１と同じであるため省略する。継ぎ手管２５の流体通過部分には、流路方向に仕切り板５０を設けてあり導入路からの流れがこの継ぎ手管２５を通過するために流路管内の偏流が、それぞれの仕切板５０で分散され、仕切板５０に沿って流れることにより、流体制御手段４５の下流側では極めて微弱な偏流となる。又流体制御手段の仕切は流体の流れを流路の向きに揃えるので、流れに横向きベクトルが無くなり、乱流、渦等流れの乱れの発生を防ぐ働きをする。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の超音波流量計測装置によれば、流体制御手段の上流側の開閉弁の弁座開口部近辺で発生する強力な偏流の抑制、解消を行うことができ、計測流路に流れる流体を整流化することができるので、流体流路の設計変更や仕様の違いがあっても計測部分の計測性能に影響を与えることが無く、超音波流量計測装置の小型化と精度向上を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における超音波流量計測装置の断面図
【図２】同装置の一部破断上面図
【図３】本発明の実施例２における超音波流量計測装置の継ぎ手管を示す断面図
【図４】同装置の流体制御手段の継ぎ手管を示す平面図
【図５】本発明の実施例３における超音波流量計測装置の流体制御手段の継ぎ手管を示す平面図
【図６】本発明の実施例４における超音波流量計測装置の継ぎ手管を示す断面図
【図７】同装置の流体制御手段の平面図
【図８】本発明の実施例５における超音波流量計測装置の継ぎ手管を示す断面図
【図９】本発明の実施例６における超音波流量計測装置の継ぎ手管を示す断面図
【図１０】本発明の実施例７における超音波流量計測装置の継ぎ手管を示す断面図
【図１１】従来の超音波流量計測装置の整流部と計測流路の上面図
【図１２】従来の他の超音波流量計測装置の流路の断面図
【符号の説明】
１  計測流路
２、３  一対の超音波送受信器
４  計測流路入口部
２１  導入路
２３  開閉弁
２４  開閉弁下流側流路
２５  継ぎ手管
３８  計測制御手段
３９  演算手段
４１  流体制御手段
【図１】
0003922078.tif 000002
【図２】
0003922078.tif 000003
【図３】
0003922078.tif 000004
【図４】
0003922078.tif 000005
【図５】
0003922078.tif 000006
【図６】
0003922078.tif 000007
【図７】
0003922078.tif 000008
【図８】
0003922078.tif 000009
【図９】
0003922078.tif 000010
【図１０】
0003922078.tif 000011
【図１１】
0003922078.tif 000012
【図１２】
0003922078.tif 000013