(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天部内面には圧電体の一方の電極面側が、天部外面には音響整合層の下面がそれぞれ接着剤を介して固定されたキャップ状の導電性ケースと、このケースの下方開放部側に形成した外方へのフランジ部に固定した端子板と、この端子板に直接的に設けた第１の外部電極端子と、前記端子板の孔に絶縁貫通して設けられ、前記圧電体の他方の電極面側に接続される第２の外部電極端子とを具備し、前記第２の外部電極端子は、前記端子板の孔を閉塞する電気絶縁材で背部が保持された電極端子、およびこの電極端子と前記圧電体の他方の電極面との間に介在させた導電体からなるとともに、前記電気絶縁材と圧電体の他方の電極面との間に挟持されるように構成し、さらに、ケースにおけるフランジの内周側基部と対応する端子板の上面部位には、同フランジの内周側基部を変形可能とするための遊び空間を形成し、前記遊び空間に対するフランジの内周側基部の変形量によって、前記圧電体の他方の電極面と前記第２の外部電極端子の導電体との接触圧を調整するようにした超音波送受波器。
【請求項２】
請求項１項記載の超音波送受波器を流体通路の上、下流に配置し、超音波伝搬時間をもとに流量を演算するようにした超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器およびこの超音波送受波器を用いて気体や液体の流量の計測を行う超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波送受波器は図４に示すような構成であった。すなわち、キャップ状の導電性ケース２１には圧電体２２が内設してある。
【０００３】
そしてケース２１の頂壁下面には前記圧電体２２の上方電極面が接着などの手段で電気的に固定され、一方、頂壁上面には音響整合層２３が取着してある。
【０００４】
キャップ状のケース２１の下方開放部は、そのフランジ２４に溶接などの手段で固定された端子板２５で閉塞されており、この端子板２５に第１，第２外部電極端子部２６，２７が配備されている。
【０００５】
第１外部電極端子部２６は端子板２５と電気的に接続される。一方、第２外部電極端子部２７は電気絶縁材２８を介して端子板２５に保持された径大部２９と、弾性を有する導電体３０とからなる。
【０００６】
つまり、この第２外部電極端子部２７は圧電体２２の下方電極面と端子板２５とで挟持された状態としてある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−５０７８５号公報（第３−６頁、第８図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものにおいては、第２外部電極端子部２７と圧電体２２との挟持力、換言すれば、圧電体２２に対する第２外部電極端子部２７の圧接力は、ケース２１と端子板２５との寸法によって一義的に決定されるものであった。
【０００９】
したがって、圧電体２２に対する第２外部電極端子部２７の圧接力、すなわち接触抵抗にバラツキが生起しやすく、超音波送受波器としての性能に不安定要素を発生する課題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、超音波送受波器としての性能の安定化を図り、計測精度の高い超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、天部内面には圧電体の一方の電極面側が、天部外面には音響整合層の下面がそれぞれ接着剤を介して固定されたキャップ状の導電性ケースと、このケースの下方開放部側に形成したフランジ部に固定した端子板と、この端子板に直接的に設けた第１の外部電極端子と、前記端子板の孔に絶縁貫通して設けられ、前記圧電体の他方の電極面側に接続される第２の外部電極端子とを具備し、前記第２の外部電極端子は、前記端子板の孔を閉塞する電気絶縁材で背部が保持された電極端子、およびこの電極端子と前記圧電体の他方の電極面との間に介在させた導電体からなるとともに、前記電気絶縁材と圧電体の他方の電極面との間に挟持されるように構成し、さらに、ケースにおけるフランジの内周側基部と対応する端子板の上面部位には、同フランジの内周側基部を変形可能とするための遊び空間を形成し、前記遊び空間に対するフランジの内周側基部の変形量によって、前記圧電体の他方の電極面と前記第２の外部電極端子の導電体との接触圧を調整するようにしたもので、第２の外部電極端子部と圧電体との電気接続を確実なものにできるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、天部内面には圧電体の一方の電極面側が、天部外面には音響整合層の下面がそれぞれ接着剤を介して固定されたキャップ状の導電性ケースと、このケースの下方開放部側に形成したフランジ部に固定した端子板と、この端子板に直接的に設けた第１の外部電極端子と、前記端子板の孔に絶縁貫通して設けられ、前記圧電体の他方の電極面側に接続される第２の外部電極端子とを具備し、前記第２の外部電極端子は、前記端子板の孔を閉塞する電気絶縁材で背部が保持された電極端子、およびこの電極端子と前記圧電体の他方の電極面との間に介在させた導電体からなるとともに、前記電気絶縁材と圧電体の他方の電極面との間に挟持されるように構成し、さらに、ケースにおけるフランジの内周側基部と対応する端子板の上面部位には、同フランジの内周側基部を変形可能とするための遊び空間を形成し、前記遊び空間に対するフランジの内周側基部の変形量によって、前記圧電体の他方の電極面と前記第２の外部電極端子の導電体との接触圧を調整するようにしたものであって、第２の外部電極端子部と圧電体との電気接続を確実なものにできる。
【００１３】
そしてこのような超音波送受波器を流体通路の上、下流に配置し、超音波伝搬時間をもとに流量を演算するようにしたことで、高精度の流体流量を測定できるものである。
【００１４】
【実施例】
以下、その実施例を添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１において、流量測定部１は流体流路２を流れる被測定物の流量を測定する流量測定部であり、１対の超音波送受波器３および４が配置されている。
【００１６】
超音波送受波器３および４の間を超音波が伝播する超音波伝播時間を計測回路５にて計測し、信号として流量演算回路６に出力する。前記流量演算部６は前記信号に基づいて流量を求める。
【００１７】
上記超音波流量計の一応の動作を述べる。超音波送受波器３および４の中心間を結ぶ直線の距離をＬとし、この直線と被測定物の流れる方向である流路１の長手方向との角度をθとする。
【００１８】
静止している流体中を超音波が伝達する速度をＣとし、流路１を流れる流体の流速をＶとする。
【００１９】
流路２に対して上流側に配置された超音波送受波器３と下流側に配置された超音波送受波器４により流路２を流れる流体の流量を測定する。
【００２０】
まず、超音波送受波器３から超音波を送信する。送信された超音波は流路２を斜めに縦断し超音波送受波器４で受信される。その際の超音波伝播時間ｔ１は、
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）
で示される。次に、超音波送受波器４から超音波を送信する。送信された超音波は流路２を斜めに縦断し超音波送受波器３で受信される。その際の超音波伝播時間ｔ２は、
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）
で示される。流体の音速Ｃは温度などの測定環境により変化するため、ｔ１およびｔ２の式から流体の音速Ｃを消去すると、
Ｖ＝（１／ｔ１−１／ｔ２）Ｌ／２ｃｏｓθ
の式が得られる。この式より、Ｌとθが既知のものであるので流体の流速Ｖが求められる。Ｖを正確に求めるためにはｔ１、ｔ２を正確に計測する必要があるため、超音波の指向性を等しくすることが必要である。また、流量をＱ、流路１の断面積をＳ、補正係数をＫとすると、流量ＱはＱ＝ＫＳＶの演算式により求められる。
【００２１】
超音波流量計においては、計測回路５から出力された超音波伝播時間に関する信号に基づき、流量演算回路６で前記演算式から流量を求める。
【００２２】
以下、超音波送受波器３，４の詳細を図２，３で詳述する。
【００２３】
図において、ケース７の頂壁上面には音響整合層８が、頂壁下面には圧電体９の上部電極面がそれぞれ接着剤により固定してある。
【００２４】
ケース７は導電性材料から形成されており、全体的にはキャップ状をなし、下方開放部からはフランジ１０が外方向に延出してある。
【００２５】
導電性の端子板１１は前記ケース７の下方開放部分を閉じるごとく配置されており、その周縁部をフランジ１０に溶接などの手段で固定することで前記ケース７と一体化されている。
【００２６】
端子板１１には第１，第２の外部電極端子部１２，１３が設けられている。
【００２７】
第１の外部電極端子部１２は端子板１１の外周部に直接接続され、また第２の外部電極端子部１３は、その導電体１４を介して圧電体９の下部電極面に接続さ
れている。
【００２８】
すなわち、第２の外部電極端子部１３は電極端子１５と導電体１４とから構成されており、さらに前記導電体１４はシリコン系ゴムのような弾性材１６の中心部に位置させた構成を採用している。
【００２９】
そして第２の外部電極端子部１３は端子板１１に形成した孔１８を貫通しており、背部がガラスなどの電気絶縁材１９で閉塞されている。
【００３０】
つまり、第２の外部電極端子部１３は圧電体９と端子板１１と一体の電気絶縁材１９で挟持される形態となっていて、前記圧電体９との接続はその挟持力、換言すれば圧接力に一元的に依存するようになっているものである。
【００３１】
前記端子板１１などで閉塞されたケース７内の密閉空間２０には窒素ガスなどの不活性ガスが封入されている。
【００３２】
そして、端子板１１の外周部上面とケース７のフランジ１０の基端部との間には、圧電体９に対する第２の外部電極端子部１３の圧接力（圧電体９と端子板１１とによる第２の外部電極端子部１３の挟持力）を調整する調整手段としての遊び空間Ｓが肉ぬすみによって形成してある。
【００３３】
上記の構成において、圧電体９に対する第２の外部電極端子部１３の圧接力は、端子板１１の外周部上面とケース７のフランジ１０との位置関係によって調整できるものである。
【００３４】
つまり、図２のものに比較して図３のように遊び空間Ｓの部分にケース７におけるフランジ１０の基端を変形して臨ませた方が圧接力として大きくなるものである。
【００３５】
すなわち、前記変形によってケース７の実質的高さが低くなり、その分、圧接力も大きくなる。
【００３６】
したがって、実際的には第１，第２外部電極端子部１２，１３間の電気抵抗を計測しつつ前記圧接力の調整を行なえば、性能的にバラツキのない超音波送受波器となり、これより正確な流量計測が可能な超音波流量計が得られることとなる。
【００３７】
なお、調整手段としては遊び空間Ｓに限定されることはなく、要するにケース７の実質的高さが調整できるものであれば具体的構成に制約されず、例えば、ケース７の周壁途中に屈曲部を設け、この屈曲度合いを可変するもの、或いは、端子板１１に対する電気絶縁材１９の取付けをねじ方式として、端子板１１に対する位置調整することもその範疇に入るものである。
【００３８】
このように実施例の構成によれば、超音波送受波器の導通抵抗が一定となるように抵抗値を計測しながら調節が可能となり、安定した抵抗値を確保することができる。そのため、超音波の発信感度にバラツキをなくし、送受信感度の低下を防止し、信頼性の高い超音波送受波器と、より高精度の流量計測ができる超音波流量計を提供できるものである。
【００３９】
また調整手段としてケースの一部を変化させるように構成したものであるから、組立完成後に抵抗値を調節することが可能となり、最終完成品として性能を保証することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
このように本発明によれば性能的にバラツキがなく、精度の高い超音波送受波器が実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例における超音波流量計を示す概略構成図
【図２】  同実施例における超音波送受波器を示す縦断面図
【図３】  本発明の実施例における調節後の超音波送受波器を示す縦断面図
【図４】  従来の超音波送受波器を示す断面図
【符号の説明】
２  流体通路
３、４  超音波送受波器
７  ケース
９  圧電体
１１  端子板
１２、１３  外部電極端子部
１４  導電体
１５  電極端子
１９  電気絶縁材
Ｓ  遊び空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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