(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ円筒形の部分の両端にフランジ部分を一体的に形成した金属製の外筒（５）と、
断熱材からなる２個のベース（７）（８）を介して外筒（５）の内側に取り付けられ、被計測流体を案内する断熱材からなる円筒状の内筒（６）と、
金属製の前記外筒（５）の円筒部分と断熱材からなる前記内筒（６）の間に形成された断面が円環状の空気層（９）と、
前記外筒（５）と同心に設けられ、中央に大径部を備えたボス状部材（１０）と、
断熱材からなる前記内筒（６）の内壁（Ａ1）とボス状部材（１０）の前記大径部の外壁（Ｂ1）の間に形成された断面が円環状の流路（４０）と、
断面が円環状の前記流路（４０）の上流と下流に離れて配置され、流路（４０）に流速計測用の超音波を送・受信する一対の超音波送受波器を具備し、
前記２個のベース（７）（８）は、内筒（６）の一端を外筒（５）に取り付ける第１のベース（７）と、内筒（６）の他端を外筒（５）に取り付ける第２のベース（８）とからなり、各ベース（７）（８）は、内筒（６）の前記各端から離れるにつれて内径が拡大する、つまり、流量計の出入口方向に向って拡径するテーパ状に形成されており、
流路（４０）を流れる被計測流体が気体であることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
内筒（６）がプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
ベース（７）（８）がプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波流量計。
【請求項４】
内筒（６）とベース（７）（８）が同じプラスチック材料で一体成型で形成されていることを特徴とする請求項３記載の超音波流量計。
【請求項５】
被計測流体がガス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】
ボス状部材（１０）は両端部が小径となっていて、その先端が外筒（５）の前記フランジに固定されたアームにねじ止めされている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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波流量計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定原理の一例として、図２に示すように、流体中に距離Ｌを離して流管３の上流と下流に配置した１組の超音波送受波器の一方の送受波器１から他方の送受波器２への順方向伝播時間ｔ1 は、静止流体中の超音波の音速をＣ、流体の流れの速さをＶとすると、
ｔ1 ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）    ・・・（１）
となる。
【０００３】
また、送受波器２から送受波器１への逆方向伝播時間ｔ2 は、
ｔ2 ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）    ・・・（２）
となる。
【０００４】
伝播時間ｔ1 とｔ2 とから流速Ｖを、
Ｖ＝（Ｌ／２）｛（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）｝
として求めていた。
【０００５】
上述の測定原理において、送信側の送受波器からの超音波が受信側の送受波器に到達する時期、つまり到達ポイントを特定する受信検知の方法として、特定波のゼロクロス点を検知するようにしたものがある。
【０００６】
図３は発信のタイミングを示す発信駆動信号と受信波を示している。実際の受信波は非常に小さく、先ず増幅される。同図の受信波は増幅後の波形を示している。
【０００７】
ａが到達点で、徐々に振幅が大きくなる。その後最大振幅となり徐々に小さくなる。
ところが到達点ａはノイズに隠れて検知できない。そこで、次のような方法が行われている。
【０００８】
ノイズより十分大きな基準電圧レベルとしてのしきい値ＶTHを決め、このレベルに最初に達した波、例えば同図の第３波がｂ点でしきい値に達した後ゼロレベルを通るゼロクロスポイントｃを検知して受信検知とする方法である。
【０００９】
しきい値ＶTHは常に何番目かのある特定の波（例えば第３波）のゼロクロスポイントを検知するように定めてあり、実際の伝播時間ｔは、ａ点からｃ点までの時間τを予め求めて記憶しておき、測定した到達時間ｔ＋τから時間τを減算することにより求めている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、流管３の温度と流体の温度が異なる場合、流体の温度、特に流管３の内壁に近い部分の流体の温度が流管３の温度に近づくことになる。そして、この傾向は０流量時や小流量時に特に顕著になり、流体の温度は流管の半径方向に温度勾配をもつことになる。
【００１１】
そのため、超音波の伝播状態が変化して、干渉のために受信波が小さくなったりしてゼロクロスポイントの検知が困難になることがある。このことは、流路が隙間状で、流路を挟む対向壁面の温度差が大きい場合に特に問題となる。
【００１２】
例えば、断面が円環状の狭い流路を流体が流れる場合は、超音波の伝播が模擬的に平面波と考えられ、対向する壁面ＡとＢが図４（ａ）のように同一温度であれば、超音波送受波器１から発信された超音波は両壁面ＡとＢに挟まれた狭い流路４内の流体中を右方に伝播して素直に他方の他方の超音波送受波器２に到達し受信される。
【００１３】
ところが、一方の壁面Ａの温度が高く他方の壁面Ｂの温度が低くて、両壁面ＡとＢの温度差が大きいと、流路４内の流体、例えば気体の温度が図示上下方向に温度勾配を生じ、超音波の波面が図４（ｂ）のようになり、超音波送受波器２に受信される超音波に干渉が生じる。
【００１４】
図５で、（ａ）は温度差がない場合の正常な受信波形で、こういう場合は目標のゼロクロスポイントを確実に高精度で検知できる。同図（ｂ）（ｃ）（ｄ）は温度差がある場合で、（ｂ）はやや干渉を受けており、ゼロクロス点が正常時からずれていて伝播時間の計測値に誤差を生じる。同図（ｃ）はかなり干渉を受けていて、受信波の検知が困難となる。そして、同図（ｄ）では半周期ずれた干渉波が重なり、受信波の振幅が極めて小さくなり、殆ど消えてしまっている。
【００１５】
そこで、本発明では、超音波の伝播経路における前記温度勾配を少なくし、受信波の干渉を低減して計測の安定性を向上できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、ほぼ円筒形の部分の両端にフランジ部分を一体的に形成した金属製の外筒（５）と、
断熱材からなる２個のベース（７）（８）を介して外筒（５）の内側に取り付けられ、被計測流体を案内する断熱材からなる円筒状の内筒（６）と、
金属製の前記外筒（５）の円筒部分と断熱材からなる前記内筒（６）の間に形成された断面が円環状の空気層（９）と、
前記外筒（５）と同心に設けられ、中央に大径部を備えたボス状部材（１０）と、
断熱材からなる前記内筒（６）の内壁（Ａ1）とボス状部材（１０）の前記大径部の外壁（Ｂ1）の間に形成された断面が円環状の流路（４０）と、
断面が円環状の前記流路（４０）の上流と下流に離れて配置され、流路（４０）に流速計測用の超音波を送・受信する一対の超音波送受波器を具備し、
前記２個のベース（７）（８）は、内筒（６）の一端を外筒（５）に取り付ける第１のベース（７）と、内筒（６）の他端を外筒（５）に取り付ける第２のベース（８）とからなり、各ベース（７）（８）は、内筒（６）の前記各端から離れるにつれて内径が拡大する、つまり、流量計の出入口方向に向って拡径するテーパ状に形成されており、
流路（４０）を流れる被計測流体が気体であることを特徴とする超音波流量計である。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の超音波流量計において、内筒（６）がプラスチック材料で形成されていることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の超音波流量計において、ベース（７）（８）がプラスチック材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の超音波流量計において、内筒（６）とベース（７）（８）が同じプラスチック材料で一体成型で形成されていることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、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、被計測流体がガスであることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、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、ボス状部材（１０）は両端部が小径となっていて、その先端が外筒（５）の前記フランジに固定されたアームにねじ止めされていることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図１の実施例に従って説明する。
強度の大きい金属製の外筒５は、ほぼ円筒形の部分の図示左右両端にフランジ部分が一体的に形成されている。プラスチック製の円筒状の内筒６は、プラスチック製のベース７と８を介して外筒５の内側に取り付けられ、外筒５の円筒部分と内筒６の間には空気層９が形成され、外筒５と内筒６間の熱伝導を防止している。また、ベース７と８は断熱材であるプラスチック材料で形成することで、ベース７，８を介しての外筒５から内筒６への熱伝導を妨げているが、ベース７，８を内筒６と同じプラスチック材料で一体成型で形成して制作費用を低減してもよい。
【００２１】
中央に直径φ１の大径部を備えたボス状部材１０が外筒５に同心に設けられている。このボス状部材１０は図示左右両端部が小径となっていて、その先端が前記フランジに固定されたアームにねじ止めされている。
【００２２】
内筒６の内壁Ａ1 とボス状部材１０の外壁Ｂ1 の間には断面円環状の流路４０が形成され、この流路４０に流速計測用の超音波を発・受信する超音波送受波器１，２が距離Ｌを離して配設されている。
【００２３】
超音波送受波器１，２は電子回路基板１１に接続され、基板に搭載された電子回路のマイクロコンピュータが流量を液晶表示器１２に表示する。１３は給電用の電池である。
【００２４】
前記、断面円環状の流路４０は、外径がφ１のボス状部材１０と内径がφ２の内筒６との間に挟まれる狭い流路で、該流路４０を超音波が図示左右方向に伝播する。
【００２５】
外筒５の温度が流れる流体、例えばガスの温度と違っていても、空気層９やプラスチック製の内筒６及びベース７，８の断熱作用で流路４０の流体に半径方向の温度勾配を生じることは殆どない。従って、受信波の狙うゼロクロスポイントを確実に検知できるため、流量計の計測精度が向上する。
【００２６】
【発明の効果】
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、外筒の温度が流体の温度に影響することが低減される。そのため、流体の温度勾配が少なくでき、超音波の受信波の干渉を防止できるため、受信波のゼロクロスポイントを確実に精度良く検知できる。その結果、流量計測精度が向上し器差特性が安定化する。
【００２７】
また、ケースとして働く外筒内壁を直接流路壁面としないため、精密加工が不要となりコストダウンに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の縦断面図である。
【図２】超音波流量計の原理を説明する略図である。
【図３】超音波流量計の受信波検知部の動作を説明する電気信号波形を示す図である。
【図４】対向する壁面の間の狭い流路を伝播する超音波の波面を示す模式図である。
【図５】受信した電気信号波形の各種の態様を示す図である。
【符号の説明】
１，２    超音波送受波器
５        外筒
６        内筒
７，８    ベース
９        空気層
１０      ボス状部材
４０      流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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