(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を配送する流路と、
前記流路の上流と下流にそれぞれ設けられた１対の超音波受発信素子と、
前記１対の超音波受発信素子によって送受信される振動が流体中を伝搬する伝搬時間から前記流体の流量を計測する流量計測手段と、
前記１対の超音波受発信素子の間の流路外面全周に溝を設け、かつ、その溝は前記流体の流れ方向に垂直となるようにすることで前記流路に伝わる振動を減衰する振動減衰手段と、
を備えた流量計において、
前記溝は、前記１対の超音波受発信素子のそれぞれからの距離が異なることを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記溝の窪みに制振材を配置して振動を減衰させる構成とした請求項１記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流れを音波を用いて計測する流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計測装置は、特開平６−１１７８９４号公報のようなものが知られていた。以下、その方法について図１２を参照しながら説明する。
【０００３】
図１２に示すように、配管内１を流れる流体の流れに対して一定の角度をもって音波を伝搬させ、上流の振動子２から下流の振動子３までの音波の伝搬時間と、下流の振動子３から上流の振動子２までの伝搬時間の差から流体の流量を計測する構成とし、前記配管１の外周方向の廻り込み波を漏洩させるための吸音材４を設けたものである。ここで、５はくさび、６は吸音材を固定するサポータである。そして、吸音材４によって、上流の振動子２から下流の振動子３への音波の廻り込みを防止することとしていた。
【０００４】
【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、吸音材を用いて配管壁面の表面波が外周方向に廻り込む波は低減できるが、配管内部を伝搬する波や、配管の軸方向の伝搬波は低減することができなかった。本発明は、流路に振動減衰手段を配置することで、１対の振動検出手段間の振動伝搬を低減することができ、周方向はもとより、軸方向の振動伝搬も低減することができ、高精度な流量計測を可能とすることを目的とするものである。
【０００５】
【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、本発明の流量計は、流体を配送する流路と、前記流路の上流と下流にそれぞれ設けられた１対の超音波受発信素子と、前記１対の超音波受発信素子によって送受信される振動が流体中を伝搬する伝搬時間から前記流体の流量を計測する流量計測手段と、前記１対の超音波受発信素子の間の流路外面全周に溝を設け、かつ、その溝は前記流体の流れ方向に垂直となるようにすることで前記流路に伝わる振動を減衰する振動減衰手段と、を備えている。そして、前記溝は、前記１対の超音波受発信素子のそれぞれからの距離が異なることを特徴としたものである。
【０００６】
これによって、１対の振動検出手段間の振動伝搬を低減することができ、周方向はもとより、軸方向の振動伝搬も低減することができ、高精度な流量計測を可能とすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、流体を配送する流路と、前記流路の上流と下流にそれぞれ設けられた１対の超音波受発信素子と、前記１対の超音波受発信素子によって送受信される振動が流体中を伝搬する伝搬時間から前記流体の流量を計測する流量計測手段と、前記１対の超音波受発信素子の間の流路外面全周に溝を設け、かつ、その溝は前記流体の流れ方向に垂直となるようにすることで前記流路に伝わる振動を減衰する振動減衰手段と、を備えた流量計である。そして、前記溝は、前記１対の超音波受発信素子のそれぞれからの距離が異なることを特徴としたことで、１対の超音波受発信素子間の振動伝搬を低減することができ、周方向はもとより、軸方向の振動伝搬も低減することができ、高精度な流量計測を可能とすることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【０００９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の流量計を示すブロック図である。図１において、７は１対の振動検出手段のひとつで流路８の上流側に備えた超音波受発信素子、９は他の振動検出手段で流路８の下流側に備えた超音波受発信素子、１０は超音波受発信素子と流路の間に設置する整合器、１１は超音波が流体中を伝搬する時間から流量を計測する流量計測手段、１２は振動減衰手段としての凹凸部である。ここで、凹凸部は、流路の表面で、かつ流れ方向に対して垂直に凹凸が発生するように設けた構成とした。
【００１０】
次に動作、作用について説明する。超音波を用いた流量計は、次のようにして流量を計測する。上流側の超音波受発信素子から超音波を発信し、下流側の超音波受発信素子で受信する。このとき流体中を超音波が伝搬する時間Ｔ１を計測すると、Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）となる。また、逆に下流側から上流側に伝搬する時間Ｔ２は、Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）となる。ここで、Ｖは流路内の流速、Ｃは流体中の音速、θは傾斜角度である。そして、Ｔ１とＴ２の逆数の差をとると、次式のようにしてＴ１、Ｔ２から流速Ｖが求まる。
【００１１】
１／Ｔ１−１／Ｔ２＝２Ｖｃｏｓθ／Ｌ
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
そして、流路の断面積などを考慮して算出することで流量を算出することができるのである。これは、超音波の送受信を繰返し行う繰返し伝搬時間計測法でも同様である。
【００１２】
ここで、図２に示すように、超音波受発信素子で受信される信号は、流体内を伝搬する直接波の音波信号以外に、流路壁や流路壁面を伝搬してくる間接波の振動信号も同時に計測される。よって、正規の直接伝搬してくる信号にノイズとして重畳されるので計測誤差を生じる。しかし、流路の表面に凹凸を設けて、この流路壁や流路壁面を伝搬してくる振動の伝搬を遅らせることによって、図３に示すように直接伝搬してくる信号より、流路壁や流路表面を伝搬してくる振動を時間的に遅らせることができので、直接伝搬の信号を精度良く検出することができ、流量計測を高精度に行うことが可能なのである。
【００１３】
すなわち、流路壁を伝搬する振動波は、流路壁に設けた凹凸部によって反射される。よって、流路壁を直接伝搬する波は、反射成分を除いた成分となり、信号レベルは低減される。また、反射した波は再び進行方向の伝搬になるが、信号レベルは減衰され、かつ伝搬してくる時間が長くなり、流路内を直接伝搬する信号より大きく遅れて受信される。よって、流体内を直接伝搬する超音波の送受信の信号を精度良く検出することができ、流量計測を高精度に行うことができるのである。ここで、凹凸部は、流れ方向に対して垂直に凹凸を設けることで、超音波の伝搬角度θと角度φをもって反射伝搬を行うので定在波のような共振現象を生じず減衰させることができる。そして、実施例１では３個の溝の事例で説明したが、少なくとも１個以上凹凸部を設けることで減衰させることができる。また、図４に示すように、溝部分に制振材料１３を埋め込むことで、流路の振動抑制を向上することができるので、さらに流路伝搬の信号を低減することができる。例えば、制振材料は、樹脂材料や接着剤、ゴム材料のようなものを用いると良い。
【００１４】
また、図５に示すように、凹凸部の深さＡ、ピッチＢは、超音波波長λの１／８以上とすることで、表面距離を長くして減衰させるとともに、反射の影響を大きくすることで管壁を伝搬する波を大きく低減することができる。また、流路壁の厚みＣに対して、凹凸部の深さＡを１／１０以上とすることでも、表面を伝搬する振動のみならず、管壁内を伝搬する振動を大きく低減することができ高精度な流量計測を可能とすることができる。さらに、図６に示すように、上流側の超音波受発信素子７の整合器１０と凹凸部との距離Ｄと、下流側の超音波受発信素子９の整合器１０との距離Ｅとを、異なる距離に配置することとした。距離Ｄ≠Ｅとすることで、反射の繰返しによる波形の重なりが生じないので信号が増幅することなく低減させることができる。また、距離Ｄと距離Ｅは、整合層からの距離で説明したが、振動子からの距離でも同様であるとともに、その距離は互いに整数倍とならないような距離とすることが良い。
【００１５】
このように、１対の超音波受発信素子間の振動伝搬を低減することで、周方向や、流れ方向の振動伝搬も低減することができ、高精度な流量計測を可能とすることができる。そして、凹凸を設けることにより、表面を伝搬する波は伝搬距離が長くなるので減衰を大きくすることができ、高精度な流量計測を可能とすることができる。また、流れ方向に凹凸を設けることにより、表面を流れ方向に伝搬する波を大きく減衰することができ、高精度な流量計測を可能とすることができる。また、表面距離を長くして減衰させるとともに、反射の影響を大きくすることで、管壁内部を伝搬する波を大きく低減することができる。さらに、凹凸部の窪みに制振材を配置して振動を減衰させる構成することにより、距離の増加や反射による減衰以上に制振材料による減衰が加味し、余分な信号を大きく減衰することができ高精度な流量計測を可能とすることができる。また、反射による減衰を発生させて高精度な計測を可能とするとともに、少ない凹凸数とすることで強度を確保することができる。そして、１対の超音波受発信素子からそれぞれ異なる距離に備えることで、流路壁面を伝搬する多くの振動を低減させて高精度な計測を可能とすることができるのである。
【００１６】
なお、図７に示すように１対の超音波受発信素子を設置した場合においても同様の効果を得られることは明白である。
【００１７】
（実施例２）
図８は本発明の実施例２の流量計を示す断面図である。実施例１と異なる点は、振動減衰手段に連結手段としてのＯリング１４を備えたことにある。ここで、１５はねじ部であり、Ｏリング１４は、漏洩防止手段でもある。
【００１８】
ここで、上流側の超音波送受信素子７から送信された信号は、流体中を伝搬するとともに、流路壁を伝わって下流側の超音波受発信素子に伝搬しようとするが、途中にゴム材料のＯリング１４があるので伝搬を大きく阻害される。よって、流量計測に必要な信号はノイズが少なくなり精度良く検出されるので、高精度の流量計測が可能となる。また、ねじ部１５によって繋がってはいるが、接続面により反射現象が発生して伝搬信号は低減される。Ｏリングで説明したが、シール材などを塗布して固定したものでも良い。
【００１９】
また、図９に示すように、１対の超音波送受発信素子７と９の間の流路を異なる材質、すなわち、材質１６、材質１７で構成することにより、流路壁８を伝搬しようとする信号は材質の異なる流路面で反射現象が発生して信号は低減される。ここで、材質１６、１７は、樹脂材料や真鍮など流路壁８と異なる金属を用いるとよい。
【００２０】
このように、連結手段や異なる材質で流路を連結することで流路壁を伝搬する信号を減衰することができ、流量計測に必要な信号はノイズが少なく精度良く検出されるので、高精度の流量計測が可能となる。そして、１対の超音波送受発信素子７と９の間に連結手段を設けることで、切離しが可能となり流路内部のメンテナンスが容易に行える特徴がある。
【００２１】
（実施例３）
図１０は本発明の実施例３の流量計を示す断面図である。実施例１と異なる点は、振動減衰手段として加圧手段としてのゴムバンド１８を備えたことにある。Ｐ−Ｑ断面を図１１に示す。
【００２２】
このように、円形断面の流路の外周に、流路内面に向かって流路壁を加圧する加圧手段としてのゴムバンド１８を装着することで、流路壁の振動は大きく低減され、流量計測に必要な信号はノイズが少なく精度良く検出されるので、高精度の流量計測が可能とすることができるのである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波流量計によれば、次の効果が得られる。
【００２４】
本発明は、流体を配送する流路と、前記流路の上流と下流にそれぞれ設けられた１対の超音波受発信素子と、前記１対の超音波受発信素子によって送受信される振動が流体中を伝搬する伝搬時間から前記流体の流量を計測する流量計測手段と、前記１対の超音波受発信素子の間の流路外面全周に溝を設け、かつ、その溝は前記流体の流れ方向に垂直となるようにすることで前記流路に伝わる振動を減衰する振動減衰手段と、を備えた流量計である。そして、前記溝は、前記１対の超音波受発信素子のそれぞれからの距離が異なることを特徴としたことで、１対の超音波受発信素子間の振動伝搬を低減することができ、周方向はもとより、軸方向の振動伝搬も低減することができ、高精度な流量計測を可能とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の流量計の構成図
【図２】  同流量計の動作を示す信号波形図
【図３】  同流量計の他の動作を示す信号波形図
【図４】  同流量計の流路の断面図
【図５】  同流量計の流路の寸法関係を示す断面図
【図６】  同流量計の他の流路を示す断面図
【図７】  同流量計の他の流路を示す断面図
【図８】  本発明の実施例２の流量計における流路の断面図
【図９】  同流量計の他の流路の正面図
【図１０】  本発明の実施例３の流量計における流路の正面図
【図１１】  同流量計の流路の断面図
【図１２】  従来の流量計の流路の正面図
【符号の説明】
７、９  超音波受発信素子（振動検出手段）
８  流路
１１  流量計測手段
１２  凹凸部（振動減衰手段）
１３  制振材
１４  Ｏリング（連結手段）
１８  ゴムバンド（加圧手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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