(57)【要約】【課題】  送受信振動子による高能率かつ高精度での流量計測を可能とするとともに、送受信振動子前方の助走区間を短縮して簡素に構成することのできる超音波式流量計を提供する。【解決手段】  直線状中間流路２１ａ内には１個の角筒壁４０が配置されている。角筒壁４０は、直線状中間流路２１ａの短辺壁部２１ｄに対応する短辺側仕切壁４０Ｓと、長辺壁部２１ｆに対応する長辺側仕切壁４０Ｌとによって直線状中間流路２１ａと相似な矩形状の開口を有している。角筒壁４０は、直線状中間流路２１ａ内に流れ方向に沿って入れ子状に配置され、２重の内外流路２１ａ’が同心状に積層された複合流路を形成している。角筒壁４０の各短辺側仕切壁４０Ｓには、超音波ビームの測線に対応させて１個の円形状の連通孔４１が幅方向に貫通形成され、各連通孔４１には、網目状素材で構成された薄板状又はシート状の調整網４２が重ね合わせてある。【選択図】  図７
2009276132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波式流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
流れ方向に直交する断面において、前記計測用直線流路の短辺壁部に対応する短辺側仕切部と同じく長辺壁部に対応する長辺側仕切部とによってその計測用直線流路と相似な矩形状の開口を有し、当該計測用直線流路内に流れ方向に沿って入れ子状に配置されて、複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成する１又は複数の四角筒状体と、を備え、
前記四角筒状体の短辺側仕切部は、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔を有し、
前記計測用直線流路は前記四角筒状体により複数の内外流路が同心状に積層された複合流路に形成されるとともに、前記連通孔を介して互いに隣接する内外流路間での流体の流通が許容されることによって、前記複合流路における主として幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする超音波式流量計。
【請求項２】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波式流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
流れ方向に直交する断面において、前記計測用直線流路の短辺壁部に対応する短辺側仕切部と同じく長辺壁部に対応する長辺側仕切部とによってその計測用直線流路と相似な矩形状の開口を有し、当該計測用直線流路内に流れ方向に沿って入れ子状に配置されて、複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成する１又は複数の四角筒状体と、を備え、
前記四角筒状体の短辺側仕切部は、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔と、前記超音波ビームの通過を許容しつつ前記連通孔に重ね合わせてその連通孔の開孔面積を縮小するために網目状素材で構成された調整部とを有し、
前記計測用直線流路は前記四角筒状体により複数の内外流路が同心状に積層された複合流路に形成されるとともに、前記調整部を構成する網目状素材を介して互いに隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容されることによって、前記複合流路における主として幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする超音波式流量計。
【請求項３】
前記連通孔の開孔面積は、その連通孔を通過する前記超音波ビームが当該連通孔に平行な平面に投影されたビーム投影断面積と同等又はそれ以下である請求項１又は２に記載の超音波式流量計。
【請求項４】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波式流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
流れ方向に直交する断面において、前記計測用直線流路の短辺壁部に対応する短辺側仕切部と同じく長辺壁部に対応する長辺側仕切部とによってその計測用直線流路と相似な矩形状の開口を有し、当該計測用直線流路内に流れ方向に沿って入れ子状に配置されて、複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成する１又は複数の四角筒状体と、を備え、
少なくとも前記四角筒状体の短辺側仕切部は、前記超音波ビームの通過を許容する網目状素材で構成され、
前記計測用直線流路は前記四角筒状体により複数の内外流路が同心状に積層された複合流路に形成されるとともに、前記短辺側仕切部を構成する網目状素材を介して互いに隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容されることによって、前記複合流路における主として幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする超音波式流量計。
【請求項５】
前記短辺側仕切部を構成する網目状素材は、前記超音波ビームの測線に対応する部位の開孔率が他の部位の開孔率よりも大に形成されている請求項４に記載の超音波式流量計。
【請求項６】
前記四角筒状体は、前記短辺側仕切部及び長辺側仕切部が、互いに隣接する内外流路間での流体の流通を限定的に許容する網目状素材で構成され、
前記短辺側仕切部を構成する網目状素材の開孔率が前記長辺側仕切部を構成する網目状素材の開孔率よりも大に形成されている請求項４又は５に記載の超音波式流量計。
【請求項７】
前記四角筒状体は流れ方向において互いに入れ子状に複数配置されるとともに、
前記四角筒状体により形成された複合流路において、互いに隣接する内外流路間の相似率が等しくなるように配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超音波式流量計。
【請求項８】
前記四角筒状体は流れ方向において互いに入れ子状に複数配置されるとともに、
前記網目状素材は、流れ方向に直交する断面にて中央位置の近くに位置するものほど開孔率が小さくなるように形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の超音波式流量計。
【請求項９】
前記導入側流路と計測用直線流路とが直交状に配置され、
前記計測用直線流路の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する超音波式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波式流量計が知られている。このような超音波式流量計では、例えば、流体を通過させるための計測流路（計測用直線流路）の壁部（取付壁面）に、流体の流れ方向上手側又は下手側に向けて超音波を発振した後、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信する一対の送受信振動子（超音波センサ）が取り付けられて、流量測定部を構成している。また、導入側流路と計測流路との間には、流れ方向上手側に位置する導入側流路を外周側及び内周側で湾曲させて流体の流れを方向転換するとともに、流れ方向下手側に向かうにつれて流路断面積を縮小し、流れ方向下手側に位置する計測流路へ連通するための方向転換部が配置されている。このような流路構成によって圧力損失を抑制し、流量測定部での測定精度の向上や測定範囲の拡大が図られている。
【０００３】
ところが、計測流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口し、方向転換部の出口側末端部において外周側及び内周側で計測流路の長辺壁部に接続する場合、計測流路の幅方向及び高さ方向において、流路を流れる流体の流速分布が不均等になったり非対称になったりする傾向がある。もちろん助走区間（流量測定部の前方区間）を長く取れば、計測流路における幅方向及び高さ方向の流速分布を十分に均等化及び対称化することは可能である。
【０００４】
具体的には、小流量時（低速時；層流域）には、計測流路の幅方向及び高さ方向において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈し、大流量時（高速時；乱流域）には、計測流路の幅方向及び高さ方向において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する。そして、流速分布を均等化及び対称化するに必要な助走区間の長さは、一般には、開口幅Ｗ、開口高さＨとしたとき、１０×（Ｗ×Ｈ）１／２以上必要とされている。そこで、送受信振動子前方の助走区間を短縮して超音波式流量計を簡素に構成することが望まれている。また、小流量時においても大流量時のようなバスタブ状となるように、流速分布を平滑化することが望まれている。
【０００５】
そこで、このように流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口する計測流路において、短辺壁部の取付壁面に送受信振動子を取り付けるとともに、短辺となる開口高さを高さ方向に分割して複数の層状流路（分割流路）を形成する仕切板（仕切部）を流れ方向に沿って配置することが開示されている（特許文献１参照）。また、計測流路の壁面に送受信振動子を取り付けるとともに、複数の層状流路（分割流路）を形成するビーム絞り孔付き仕切板（仕切部）を計測流路内に流れ方向に沿って配置することが開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５２８３４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１６５３号公報
【０００７】
このうち、特許文献１によれば、仕切板で分割された層状流路毎に主として高さ方向での流速分布を均等化及び対称化できる。しかし、仕切板が送受信振動子を横断する（遮る）形で配置されるので、超音波ビームが仕切板で分断されパワーが分散・減衰されて、超音波式流量計の能率や精度が低下する。また、仕切板によって計測流路は高さ方向に狭い（薄い）層状に分割されるために、むしろ層状流路間での流体の流通が阻害され、また特に大流量時には渦を発生しやすくなって、各層状流路の幅方向及び高さ方向での流速分布が不均等になったり非対称になったりするおそれがある。
【０００８】
一方、特許文献２によれば、仕切板のビーム絞り孔で超音波ビームを絞りつつ、分割された流路毎に流速分布を均等化及び対称化できる。しかし、特許文献２において仮に、計測流路が幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口し、短辺壁部の取付壁面に送受信振動子が取り付けられ、仕切板によって長辺となる開口幅を幅方向に分割する場合であっても、特に大流量時において、ビーム絞り孔を介して層状流路間での流体の流通が活発になり、各層状流路の幅方向及び高さ方向での流速分布が不均等になったり非対称になったりするおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、送受信振動子による高能率かつ高精度での流量計測を可能とするとともに、送受信振動子前方の助走区間を短縮して簡素に構成することのできる超音波式流量計を提供することにある。具体的には、計測用直線流路に四角筒状体を配置して複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成するとともに、四角筒状体の短辺側仕切部に連通孔を有したり、短辺側仕切部の一部又は全体に網目状素材を用いたりすることによって、超音波ビームが短辺側仕切部で分断されずパワーが分散・減衰されることなく、送受信振動子による高能率かつ高精度での流量計測を可能とする超音波式流量計を提供することにある。また、隣接する内外流路間での流体の流通を許容又は限定的に許容し、主として幅方向での流速分布を均等化及び／又は対称化しかつ平滑化することにより、送受信振動子前方の助走区間を短縮して簡素に構成することのできる超音波式流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波式流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波式流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
流れ方向に直交する断面において、前記計測用直線流路の短辺壁部に対応する短辺側仕切部と同じく長辺壁部に対応する長辺側仕切部とによってその計測用直線流路と相似な矩形状の開口を有し、当該計測用直線流路内に流れ方向に沿って入れ子状に配置されて、複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成する１又は複数の四角筒状体と、を備え、
前記四角筒状体の短辺側仕切部は、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔を有し、
前記計測用直線流路は前記四角筒状体により複数の内外流路が同心状に積層された複合流路に形成されるとともに、前記連通孔を介して互いに隣接する内外流路間での流体の流通が許容されることによって、前記複合流路における主として幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１１】
上記超音波式流量計では、計測用直線流路（例えば直線状中間流路）に四角筒状体（例えば角筒壁）を配置して複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成するとともに、四角筒状体の短辺側仕切部に連通孔を有することによって、隣接する内外流路間での流体の流通（移動）が許容される。このように、超音波ビームが短辺側仕切部で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子による流量計測が高能率・高精度で行える。また、隣接する内外流路間での流体の流通が許容されるため、主として幅方向での流速分布を均等化及び／又は対称化しかつ平滑化することにより、送受信振動子前方の助走区間を短縮して、超音波式流量計を簡素に構成することができる。
【００１２】
具体的には、小流量時（低速時；層流域）には、各内外流路の幅方向において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈し、大流量時（高速時；乱流域）には、各内外流路の幅方向において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する。また、連通孔を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が許容される結果、小流量時において各内外流路の幅方向の流速分布が平滑化され、大流量時と同様のバスタブ状の流速分布が現れやすくなる。さらに、連通孔を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が可能となる（許容される）ことによって、計測用直線流路において高さ方向での流速分布を均等化及び／又は対称化することもできる。したがって、短辺側仕切部に連通孔を有する簡素な構成によって、送受信振動子前方の助走区間の短縮を図ることができる。これらによって、流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化し、動粘性係数の変化につれて流速分布が変動しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できるようになる。
【００１３】
なお、四角筒状体は、ロシアの民芸人形「マトリョーシカ」のように、計測用直線流路に対して入れ子状に挿入（配置）されている。そして、「複数の内外流路が同心状に積層」されているので、内外流路を構成する計測用直線流路及び四角筒状体は、幅方向及び高さ方向の中央位置がいずれも一致するように配置されている。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る超音波式流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波式流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
流れ方向に直交する断面において、前記計測用直線流路の短辺壁部に対応する短辺側仕切部と同じく長辺壁部に対応する長辺側仕切部とによってその計測用直線流路と相似な矩形状の開口を有し、当該計測用直線流路内に流れ方向に沿って入れ子状に配置されて、複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成する１又は複数の四角筒状体と、を備え、
前記四角筒状体の短辺側仕切部は、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔と、前記超音波ビームの通過を許容しつつ前記連通孔に重ね合わせてその連通孔の開孔面積を縮小するために網目状素材で構成された調整部とを有し、
前記計測用直線流路は前記四角筒状体により複数の内外流路が同心状に積層された複合流路に形成されるとともに、前記調整部を構成する網目状素材を介して互いに隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容されることによって、前記複合流路における主として幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１５】
上記超音波式流量計では、計測用直線流路（例えば直線状中間流路）に四角筒状体（例えば角筒壁）を配置して複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成するとともに、四角筒状体の短辺側仕切部の連通孔に網目状素材（例えばメッシュ生地）を重ね合わせることによって、隣接する内外流路間での流体の流通（移動）が限定的に許容される。このように、超音波ビームが短辺側仕切部で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子による流量計測が高能率・高精度で行える。また、隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容されるため、主として幅方向での流速分布を均等化及び／又は対称化しかつ平滑化することにより、送受信振動子前方の助走区間を短縮して、超音波式流量計を簡素に構成することができる。
【００１６】
具体的には、小流量時（低速時；層流域）には、各内外流路の幅方向において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈し、大流量時（高速時；乱流域）には、各内外流路の幅方向において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する。また、連通孔に重ね合わせた網目状素材を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容される結果、小流量時において各内外流路の幅方向の流速分布が平滑化され、大流量時と同様のバスタブ状の流速分布が現れやすくなる。さらに、連通孔に重ね合わせた網目状素材を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が可能となる（限定的に許容される）ことによって、計測用直線流路において高さ方向での流速分布を均等化及び／又は対称化することもできる。したがって、短辺側仕切部の連通孔に網目状素材を重ね合わせる簡素な構成によって、送受信振動子前方の助走区間の短縮を図ることができる。これらによって、流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化し、動粘性係数の変化につれて流速分布が変動しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できるようになる。
【００１７】
これらの超音波式流量計において、連通孔の開孔面積は、その連通孔を通過する超音波ビームが連通孔に平行な平面に投影されたビーム投影断面積と同等又はそれ以下とすることができる。
【００１８】
これによって、送信側の振動子で発振後に拡径する超音波ビームの周辺部は連通孔の周縁部で排除され、受信側の振動子では位相の異なる成分が到達しにくく同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。なお、連通孔が円形であり、超音波ビームが円形の送受信振動子から発振される場合には、連通孔の円形状開孔面積は超音波ビーム（又は送受信振動子）の楕円状投影断面積と同等又はそれ以下となる。
【００１９】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る超音波式流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波式流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
流れ方向に直交する断面において、前記計測用直線流路の短辺壁部に対応する短辺側仕切部と同じく長辺壁部に対応する長辺側仕切部とによってその計測用直線流路と相似な矩形状の開口を有し、当該計測用直線流路内に流れ方向に沿って入れ子状に配置されて、複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成する１又は複数の四角筒状体と、を備え、
少なくとも前記四角筒状体の短辺側仕切部は、前記超音波ビームの通過を許容する網目状素材で構成され、
前記計測用直線流路は前記四角筒状体により複数の内外流路が同心状に積層された複合流路に形成されるとともに、前記短辺側仕切部を構成する網目状素材を介して互いに隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容されることによって、前記複合流路における主として幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００２０】
上記超音波式流量計では、計測用直線流路（例えば直線状中間流路）に四角筒状体（例えば角筒網）を配置して複数の内外流路が同心状に積層された複合流路を形成するとともに、少なくとも四角筒状体の短辺側仕切部全体を網目状素材（例えばメッシュ生地）で構成することによって、隣接する内外流路間での流体の流通（移動）が限定的に許容される。このように、超音波ビームが短辺側仕切部で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子による流量計測が高能率・高精度で行える。また、隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容されるため、主として幅方向での流速分布を均等化及び／又は対称化しかつ平滑化することにより、送受信振動子前方の助走区間を短縮して、超音波式流量計を簡素に構成することができる。
【００２１】
具体的には、小流量時（低速時；層流域）には、各内外流路の幅方向において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈し、大流量時（高速時；乱流域）には、各内外流路の幅方向において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する。また、短辺側仕切部を構成する網目状素材を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が限定的に許容される結果、小流量時において各内外流路の幅方向の流速分布が平滑化され、大流量時と同様のバスタブ状の流速分布が現れやすくなる。さらに、短辺側仕切部を構成する網目状素材を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が可能となる（限定的に許容される）ことによって、計測用直線流路において高さ方向での流速分布を均等化及び／又は対称化することもできる。したがって、短辺側仕切部を網目状素材で構成する簡素な構成によって、送受信振動子前方の助走区間の短縮を図ることができる。これらによって、流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化し、動粘性係数の変化につれて流速分布が変動しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できるようになる。
【００２２】
このような超音波式流量計の短辺側仕切部を構成する網目状素材において、超音波ビームの測線に対応する部位の開孔率を他の部位の開孔率よりも大に形成することができる。
【００２３】
これにより、隣接する内外流路間での短辺側仕切部（網目状素材）を介しての流体の流通量（移動量）が、超音波ビームの測線に対応する部位では周辺の部位よりも多くなる。したがって、小流量時の各内外流路において幅方向の流速分布の平滑化が促進され、また、高さ方向での流速分布の均等化や対称化も促進されるので、送受信振動子前方の助走区間の一層の短縮を図ることができる。なお、「開孔率」は、網目状素材の全体表面積に占める開孔部の合計表面積の割合を表す。
【００２４】
また、四角筒状体は、短辺側仕切部及び長辺側仕切部が、互いに隣接する内外流路間での流体の流通を限定的に許容する網目状素材で構成され、
短辺側仕切部を構成する網目状素材の開孔率が長辺側仕切部を構成する網目状素材の開孔率よりも大に形成されていてもよい。
【００２５】
このように、四角筒状体の周囲四側面（短辺側仕切部及び長辺側仕切部の各二面）をすべて網目状素材で構成し、かつ長辺側仕切部の開孔率を相対的に小とすることにより、長辺側仕切部を構成する網目状素材を介して、隣接する内外流路間での流体の流通が補助的に（補完的に）可能となる（一部限定的に許容される）。したがって、幅方向に加えて二次的に高さ方向での流速分布の均等化や対称化も促進されるので、送受信振動子前方の助走区間のさらに一層の短縮を図ることができる。
【００２６】
これらの超音波式流量計では、四角筒状体は流れ方向において互いに入れ子状に複数配置されるとともに、
四角筒状体により形成された複合流路において、互いに隣接する内外流路間の相似率が等しくなるように配置されていることが望ましい。
【００２７】
等しい相似率の内外流路によって四角筒状体が入れ子状に複数配置されるので、各内外流路での幅方向の流速分布を迅速に均等化・対称化することができる。なお、各内外流路の相似率が等しくない場合には、例えば、流れ方向に直交する断面にて中央位置に近い内外流路間ほど相似率を大に形成するとよい。内外流路を流れる流体の流量は、中央寄りほど多く壁際（短辺壁部側）ほど少なくなる傾向（特に小流量時で顕著）になるので、周辺部よりも中央部で内外流路の相似率（容量）を大きくすることにより、計測用直線流路の幅方向の流速分布を平滑化することができる。
【００２８】
また、四角筒状体が流れ方向において互いに入れ子状に複数配置される場合、網目状素材を、流れ方向に直交する断面にて中央位置の近くに位置するものほど開孔率が小さくなるように形成することができる。
【００２９】
内外流路を流れる流体の流量は、中央寄りほど多く壁際（短辺壁部側）ほど少なくなる傾向（特に小流量時で顕著）になる。そこで、中央部よりも周辺部で網目状素材の開孔率を大きくすることにより、周辺部の網目状素材での流通量（移動量）を相対的に増加させ、各内外流路を流れる流体の流量をバランスさせて、計測用直線流路の幅方向の流速分布を平滑化することができる。なお、この場合の網目状素材は、短辺側仕切部の連通孔に重ね合わせる網目状素材と、短辺側仕切部全体を構成する網目状素材との両者を含む。
【００３０】
導入側流路と計測用直線流路（流量計測区間）とが直交状に配置され、計測用直線流路（流量計測区間）の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されていれば、超音波式流量計をコンパクトな箱型形状に形成できる。また、送受信振動子前方の助走区間を短縮できる。
【００３１】
ところで、上記「網目状素材」には、次のものを含む。
（１）ガーゼのような高分子材料（例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂）製の織布；
（２）パンチングメタルのような金属（例えばステンレス）製の孔あき板；
（３）篩い布、篩い網のような高分子材料製又は金属製のメッシュ生地；
例えば、高分子材料製の織布やメッシュ生地の場合、網目状素材の骨組みをなす網部は、複数の高分子材料（例えば合成樹脂）製の単糸を束ねたりより合わせたりした糸（フィラメント又はファイバー）を横糸及び縦糸として編むことによって作られ、開孔率３０〜８０％程度（例えば５５％）に形成される。このような柔軟性・弾力性を有する網目状素材を用いることによって、超音波ビームのうち位相の異なる成分が網目状素材で吸収され、受信側の振動子では同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（全体構成）
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波式流量計の一実施例の全体斜視図を示す。この超音波式流量計１００（流量計）は、本体ユニット１０と中間流路形成ユニット２０と遮断弁３０とから構成され、本体ユニット１０は本体部１１と蓋部１７とからなる。
【００３３】
図２は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図２のＡ−Ａ断面図が図３に表わされている。図２に示すように、本体部１１は全体として直方体形状を有し、その上面には、上流側のガス配管に接続される流入口１２及び下流側のガス配管に接続される流出口１３がそれぞれ開口している。また、その内部には、流入口１２と流出口１３との間にガス（流体）を通過させるための本体流路１４が形成されている。本体部１１の下部には、図２の背面側から手前側（嵌合方向）に向けて本体流路切除部１５が形成され、この本体流路切除部１５は、パッキン１７ａ（シール材）を介し蓋部１７によって外部から覆われている（図３参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図２の手前側）の外面には、本体流路切除部１５と連通する一対の窓孔１６，１６（図１参照）が開口している。
【００３４】
図３に示すように、中間流路形成ユニット２０の内部には、本体部１１の本体流路切除部１５にガスの流れ方向と直交する方向（嵌合方向）から嵌合したときに本体流路１４と接続される中間流路２１が貫通形成されている。この中間流路２１は、本体流路１４と滑らかに連続する上下方向の入口側連結流路２１ｂ（導入側流路），出口側連結流路２１ｃ（導出側流路）と、両端で両連結流路２１ｂ，２１ｃと連なるとともに、本体流路１４とほぼ直交する形態で本体部１１の下面に沿って配設される水平方向の直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）とから構成されている（図２参照）。また、中間流路形成ユニット２０には、本体部１１に開口する一対の窓孔１６，１６に対応して嵌合方向の前方側に一対の突出部２２，２２がそれぞれ一体形成されている。
【００３５】
さらに、中間流路形成ユニット２０の一対の突出部２２，２２には、直線状中間流路２１ａにおける超音波計測区間２１ａ１（流量計測区間）を通過するガスの流量を測定するために、超音波センサ２３の一対の送受信振動子２３ａ，２３ｂがそれぞれ着脱可能に取り付けられている。この直線状中間流路２１ａにおいて、超音波計測区間２１ａ１の上流側（流れ方向上手側）には、送受信振動子２３ａ，２３ｂにて流量測定するガスの流れを整えるための助走区間２１ａ２（図２参照）が設けられている。直線状中間流路２１ａの軸直交断面積（流路断面積）を本体流路１４や入口側連結流路２１ｂの軸直交断面積（流路断面積）よりも小とし（絞り）、流れ方向に対して一定の大きさに形成する。これによって、直線状中間流路２１ａを流れるガスの流速を速くして一定に保持し、超音波センサ２３による流量（流速）の測定精度が高くなるようにしている。なお、流入口１２と中間流路２１との間の本体流路１４には、本体流路１４のガスの流れを遮断する遮断弁３０が設けられている（図２参照）。
【００３６】
したがって、図３において、中間流路２１が本体流路１４と連通するように中間流路形成ユニット２０を本体部１１の本体流路切除部１５に嵌合すると、各突出部２２，２２が本体部１１の各窓孔１６，１６からそれぞれ外部に突出する。そして、各突出部２２，２２はパッキン１６ａ（シール材）を介し各窓孔１６，１６をそれぞれ密閉する。さらに、超音波センサ２３の各送受信振動子２３ａ，２３ｂは、各突出部２２，２２の収容孔２２ａ，２２ｂにそれぞれ外部から挿入され、取付ねじ（取付部材；図示せず）や押圧板（押圧部材；図示せず）によって着脱可能に固定されている。
【００３７】
図２及び図３に示すように、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１及び助走区間２１ａ２）は、流路の幅方向（本体流路切除部１５への嵌合方向；奥行方向）を長辺Ｌ、流路の高さ方向（上下方向）を短辺Ｓとする矩形状に形成されている。そして、超音波センサ２３は次のような反射型Ｖ字配列に構成されている。すなわち、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の流れ方向直交断面において、嵌合方向前方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部２１ｄの取付壁面に、送受信振動子２３ａ，２３ｂが流れ方向に所定距離Ｗを隔てて取り付けられ、嵌合方向後方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部の壁面を反射面２１ｅとする。
【００３８】
図１に戻り、超音波センサ２３の送受信振動子２３ａ，２３ｂ（センサ素子）で得られた出力信号は、リード線２５，２５を介して流量演算処理回路２４に送信されてガス流量が算出され、流量表示部（図示せず）等を用いて報知される。これらの送受信振動子２３ａ，２３ｂ、流量演算処理回路２４、リード線２５，２５、流量表示部等は流量測定部Ｍを構成している。リード線２５，２５は、窓孔１６，１６から外部に突出して設けられる超音波センサ２３（送受信振動子２３ａ，２３ｂ）から引き出されるので、その芯線部を通じて測定ガスが外部に漏れ出して、気密性が不十分となったり、測定精度が低下したりすることがない。このように、本体部１１・蓋部１７・中間流路形成ユニット２０の三者の気密性が確保され、リード線２５，２５が流路外に位置するので、漏れ出したガスに電気部品の火花が引火して火災が発生することもない。なお、入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、流路内での測定ガス流の乱れを抑え速度分布を均一化するための整流素子（整流部材）は設けられていない（図２，図３参照）。
【００３９】
（超音波センサの配置変形例）
以上の全体構成においては、超音波センサ（送受信部）の配置と超音波ビームの通る径路（測線という）として反射型Ｖ字配列を採用した場合について説明した。反射型Ｖ字配列では、一対の送受信部を流れ方向に沿って同じ側に集中配置できるので、送受信部の着脱を同じ方向から行える利点がある。超音波流量計における超音波センサ（送受信部）の測線方式には、反射型Ｖ字配列の他にも多くの種類が知られている。他の測線方式に対する本発明の適用例について以下に説明する。
【００４０】
（１）透過型Ｚ配列（図４（ａ））
一方の送受信部１２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された他方の送受信部１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の送受信部１２３ａと他方の送受信部１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４１】
（２）透過型Ｖ字配列（図４（ｂ））
１個の送信部２２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部２２３ｂ，２２３ｂで受信する方式である。この方式では、送信部２２３ａと受信部２２３ｂ，２２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４２】
（３）交差型Ｘ配列（図４（ｃ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の送信部３２３ａ，３２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。この方式は上記した図４（ｂ）の方式において、送信部を１個から一対に増設したものに相当する。
【００４３】
本発明の流量計では、いずれの超音波センサの配置方式（測線方式）を採用しても等価であるから、以下の実施例においては、透過型Ｚ配列を用いて説明する。
【００４４】
なお、以上の全体構成及び超音波センサの配置変形例においては、本体ユニット１０が、本体流路１４を内部に有する本体部１１と、本体部１１を外部から覆う蓋部１７とから構成される場合についてのみ説明したが、本体ユニット１０は次のような構成であってもよい。すなわち、本体ユニットは半割り状の本体流路を各々有する第一本体部と第二本体部とを合掌構成してもよい。ただし、この場合には窓孔は第一本体部と第二本体部とのうち少なくともいずれか一方に設けられ、蓋部は設けても設けなくてもよい。
【００４５】
（実施例１）
次に、図５は図２における中間流路の流路構成を示す斜視図及び正面図である。図５に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、方向転換部２１ｇが接続形成されている。方向転換部２１ｇは、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とがともに湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１ｇは、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて徐々に減少し、流路の外周側及び内周側で直線状中間流路２１ａ（助走区間２１ａ２）の長辺Ｌを形成する長辺壁部２１ｆに連なっている。なお、直線状中間流路２１ａでの高さ方向の中央位置Ｏ１は、超音波センサ２３の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置と一致している。
【００４６】
図６は直線状中間流路の第１実施例を一部破断して示す斜視図、図７はその平面断面図及び側面断面図である。図６及び図７に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には１個の角筒壁４０（四角筒状体）が配置されている。角筒壁４０は、直線状中間流路２１ａの短辺壁部２１ｄに対応する短辺側仕切壁４０Ｓ（短辺側仕切部）と、長辺壁部２１ｆに対応する長辺側仕切壁４０Ｌ（長辺側仕切部）とによって直線状中間流路２１ａと相似な矩形状の開口を有している。また、角筒壁４０は、直線状中間流路２１ａ内に流れ方向に沿って入れ子状に配置され、複数（例えば２重）の内外流路２１ａ’が同心状に積層された複合流路を形成している。
【００４７】
すなわち、この角筒壁４０は、ロシアの民芸人形「マトリョーシカ」のように、直線状中間流路２１ａに対して入れ子状に挿入（配置）されている。そして、２重の内外流路２１ａ’が同心状に積層されているので、内外流路２１ａ’を構成する直線状中間流路２１ａ及び角筒壁４０は、幅方向及び高さ方向の中央位置がいずれも一致するように配置されている。なお、直線状中間流路２１ａと角筒壁４０との相似率は、直線状中間流路２１ａの開口幅Ｗ／角筒壁４０の開口幅Ｗ’＝直線状中間流路２１ａの開口高さＨ／角筒壁４０の開口高さＨ’で表される（例えば３．０）。
【００４８】
さらに、角筒壁４０の各短辺側仕切壁４０Ｓには、超音波ビームの測線に対応させて１個の連通孔４１（例えば円形状）が幅方向に貫通形成され、各連通孔４１には、網目状素材で構成された薄板状又はシート状の調整網４２（調整部）が重ね合わせてある。
【００４９】
連通孔４１の円形状の開孔面積Ａ１は、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの円形状の送受信面から送信され連通孔４１を通過する超音波ビームが連通孔４１に平行な平面に投影された楕円状のビーム投影断面積Ａ２よりもやや小に設定されている。これによって、例えば送受信振動子１２３ａで送信された超音波ビームが発振後に拡径しても、超音波ビームの周辺部は連通孔４１の周縁部で排除される。したがって、送受信振動子１２３ｂに到達する超音波ビームには位相の異なる成分が混入しにくくなり、同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００５０】
調整網４２は、超音波ビームの通過を許容し、また互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通を限定的に許容しつつ連通孔４１の開孔面積を縮小するために、柔軟性・弾力性を有する高分子材料製のメッシュ生地Ｍ（網目状素材）で構成されている。
【００５１】
具体的には、図８に示すように、細い（例えば数十μｍ）高分子材料（例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂）製の単糸を複数本（例えば３本）束ねた長繊維糸ｙ（フィラメント）を横糸及び縦糸として編むことによって、多数の開孔部ｈ（空間）を含むメッシュ生地Ｍの網部ｍ（骨組み）が形成される。メッシュ生地Ｍの全体表面積に占める開孔部ｈの合計表面積の割合で表わされる開孔率は、３０〜８０％程度（例えば５５％）のものが使用される。このように、柔軟性・弾力性を有するメッシュ生地Ｍを調整網４２に用いることによって、超音波ビームのうち位相の異なる成分がメッシュ生地Ｍの網部ｍで吸収され、受信側となる送受信振動子１２３ａ，１２３ｂでは同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。また、メッシュ生地Ｍの開孔率を選択することにより、連通孔４１を介して互いに隣接する内外流路２１ａ’間で流通（移動）するガスの量を調整網４２で制限（限定的に許容）することができる。
【００５２】
このように、直線状中間流路２１ａが１個の角筒壁４０で２重の内外流路２１ａ’からなる複合流路に形成され、調整網４２を構成するメッシュ生地Ｍを介して互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が限定的に許容される。これによって、各内外流路２１ａ’における主として幅方向の流速分布（副次的に高さ方向の流速分布）が均等化及び対称化される。
【００５３】
具体的には、小流量時（低速時；層流域）には、図９（ａ）に示すように、助走区間２１ａ２では、各内外流路２１ａ’の幅方向において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈する。ただし、超音波計測区間２１ａ１では、連通孔４１に重ね合わせた調整網４２（メッシュ生地Ｍ）を介して、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が限定的に許容される結果、各内外流路２１ａ’の幅方向の流速分布が平滑化され、大流量時と同様のバスタブ状の流速分布（図９（ｂ）参照）が現れやすくなる。
【００５４】
一方、大流量時（高速時；乱流域）には、図９（ｂ）に示すように、助走区間２１ａ２では、各内外流路２１ａ’の幅方向において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する。そして、超音波計測区間２１ａ１では、連通孔４１に重ね合わせた調整網４２（メッシュ生地Ｍ）を介して、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が限定的に許容される結果、各内外流路２１ａ’の平均流速（≒最大流速）が平均化される。
【００５５】
なお、連通孔４１に重ね合わせた調整網４２（メッシュ生地Ｍ）を介して、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が可能となる（限定的に許容される）ことによって、直線状中間流路２１ａにおいて高さ方向での流速分布も副次的に均等化及び対称化される。したがって、短辺側仕切壁４０Ｓの連通孔４１に調整網４２（メッシュ生地Ｍ）を重ね合わせる簡素な構成によって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂ前方の助走区間２１ａ２の短縮を図ることができる。
【００５６】
このように、超音波ビームが角筒壁４０（短辺側仕切壁４０Ｓ）で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる流量計測が高能率・高精度で行える。また、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が限定的に許容されるため、主として幅方向での流速分布を均等化及び対称化しかつ平滑化することにより、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂ前方の助走区間２１ａ２を短縮して、超音波式流量計１００を簡素に構成することができる。さらに、ガスの種別や温度変化に伴って粘性が変化し、動粘性係数の変化につれて流速分布が変動しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できるようになる。
【００５７】
（実施例２）
図１０は直線状中間流路の第２実施例を示す平面断面図及び側面断面図である。図１０に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には複数（例えば２個）の角筒壁４０’，４０”（四角筒状体）が流れ方向において互いに入れ子状に配置されている。すなわち、第一短辺側仕切壁４０Ｓ’（短辺側仕切部）と第一長辺側仕切壁４０Ｌ’（長辺側仕切部）とを有する第一角筒壁４０’が直線状中間流路２１ａ内に入れ子状に配置され、第二短辺側仕切壁４０Ｓ”（短辺側仕切部）と第二長辺側仕切壁４０Ｌ”（長辺側仕切部）とを有する第二角筒壁４０”が第一角筒壁４０’内に入れ子状に配置されている。その結果、直線状中間流路２１ａ内には、複数（例えば３重）の内外流路２１ａ’を同心状に積層する形で、複合流路が形成されている。
【００５８】
そして、このような３重構造の複合流路において、互いに隣接する内外流路２１ａ’間の相似率が等しくなるように配置されている。よって、
直線状中間流路２１ａと第一角筒壁４０’との相似率
＝直線状中間流路２１ａの開口幅Ｗ／第一角筒壁４０’の開口幅Ｗ’
＝直線状中間流路２１ａの開口高さＨ／第一角筒壁４０’の開口高さＨ’
＝第一角筒壁４０’と第二角筒壁４０”との相似率
＝第一角筒壁４０’の開口幅Ｗ’／第二角筒壁４０”の開口幅Ｗ”
＝第一角筒壁４０’の開口高さＨ’／第二角筒壁４０”の開口高さＨ”
＝一定値（例えば１．５）
となる。
【００５９】
また、外側に位置する第一角筒壁４０’の両第一短辺側仕切壁４０Ｓ’と、内側に位置する第二角筒壁４０”の両第二短辺側仕切壁４０Ｓ”とには、超音波ビームの測線に対応させて各々１個の連通孔４１（例えば円形状）が幅方向に貫通形成されている。さらに、各連通孔４１には、メッシュ生地Ｍ（網目状素材；図８参照）で構成された薄板状又はシート状の調整網４２’，４２”（調整部）が重ね合わせてある。そして、内側に位置する第二調整網４２”を構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（例えば４０％）が、外側に位置する第一調整網４２’を構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（例えば６０％）よりも小さくなるように形成されている。
【００６０】
このように、等しい相似率の内外流路２１ａ’が形成されるように２個の角筒壁４０’，４０”が入れ子状に配置されるので、各内外流路２１ａ’での幅方向の流速分布を迅速に均等化・対称化することができる。また、第二調整網４２”よりも第一調整網４２’の開孔率を大きくすることにより、第一調整網４２’での流通量（移動量）を相対的に増加させ、各内外流路２１ａ’を流れるガスの流量をバランスさせて、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の幅方向の流速分布を平滑化することができる。
【００６１】
（実施例３）
図１１は直線状中間流路の第３実施例を一部破断して示す斜視図、図１２はその平面断面図及び側面断面図である。図１１及び図１２に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には１個の角筒網１４０（四角筒状体）が配置されている。角筒網１４０は、直線状中間流路２１ａの短辺壁部２１ｄに対応する短辺側仕切網１４０Ｓ（短辺側仕切部）と、長辺壁部２１ｆに対応する長辺側仕切網１４０Ｌ（長辺側仕切部）とによって直線状中間流路２１ａと相似な矩形状の開口を有している。また、角筒網１４０は、直線状中間流路２１ａ内に流れ方向に沿って入れ子状に配置され、複数（例えば２重）の内外流路２１ａ’が同心状に積層された複合流路を形成している。
【００６２】
すなわち、この角筒網１４０は、ロシアの民芸人形「マトリョーシカ」のように、直線状中間流路２１ａに対して入れ子状に挿入（配置）されている。そして、２重の内外流路２１ａ’が同心状に積層されているので、内外流路２１ａ’を構成する直線状中間流路２１ａ及び角筒網１４０は、幅方向及び高さ方向の中央位置がいずれも一致するように配置されている。なお、直線状中間流路２１ａと角筒網１４０との相似率は、直線状中間流路２１ａの開口幅Ｗ／角筒網１４０の開口幅Ｗ’＝直線状中間流路２１ａの開口高さＨ／角筒網１４０の開口高さＨ’で表される（例えば１．５）。
【００６３】
角筒網１４０（短辺側仕切網１４０Ｓ及び長辺側仕切網１４０Ｌ）は、超音波ビームの通過を許容し、また互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通を限定的に許容する板状のメッシュ生地Ｍ（網目状素材；図８参照）で構成されている。
【００６４】
このように、直線状中間流路２１ａが１個の角筒網１４０で２重の内外流路２１ａ’からなる複合流路に形成され、角筒網１４０を構成するメッシュ生地Ｍを介して互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が限定的に許容される。これによって、各内外流路２１ａ’における主として幅方向の流速分布（副次的に高さ方向の流速分布）が均等化及び対称化される。
【００６５】
なお、角筒網１４０を構成するメッシュ生地Ｍを介して、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が可能となる（限定的に許容される）ことによって、直線状中間流路２１ａにおいて高さ方向での流速分布も副次的に均等化及び対称化される。したがって、角筒網１４０をメッシュ生地Ｍで構成する簡素な構成によって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂ前方の助走区間２１ａ２の短縮を図ることができる。
【００６６】
このように、超音波ビームが角筒網１４０（短辺側仕切網１４０Ｓ）で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる流量計測が高能率・高精度で行える。また、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が限定的に許容されるため、主として幅方向での流速分布を均等化及び対称化しかつ平滑化することにより、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂ前方の助走区間２１ａ２を短縮して、超音波式流量計１００を簡素に構成することができる。さらに、ガスの種別や温度変化に伴って粘性が変化し、動粘性係数の変化につれて流速分布が変動しても、層流域から乱流域にわたって広範囲に高精度で流量を計測できるようになる。
【００６７】
（実施例４）
図１３は直線状中間流路の第４実施例を一部破断して示す斜視図、図１４はその平面断面図及び側面断面図である。図１３及び図１４に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には１個の角筒網１４０（四角筒状体）が配置されている。角筒網１４０は、直線状中間流路２１ａの短辺壁部２１ｄに対応する短辺側仕切網１４０Ｓ（短辺側仕切部）と、長辺壁部２１ｆに対応する長辺側仕切網１４０Ｌ（長辺側仕切部）とによって直線状中間流路２１ａと相似な矩形状の開口を有している。また、角筒網１４０は、直線状中間流路２１ａ内に流れ方向に沿って入れ子状に配置され、複数（例えば２重）の内外流路２１ａ’が同心状に積層された複合流路を形成している。
【００６８】
角筒網１４０（短辺側仕切網１４０Ｓ及び長辺側仕切網１４０Ｌ）は、超音波ビームの通過を許容し、また互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通を限定的に許容する板状のメッシュ生地Ｍ（網目状素材；図８参照）で構成されている。また、短辺側仕切網１４０Ｓを構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（例えば６０％）は、長辺側仕切網１４０Ｌを構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（例えば４０％）よりも大きく形成されている。
【００６９】
このように、角筒網１４０の周囲四側面（短辺側仕切網１４０Ｓ及び長辺側仕切網１４０Ｌの各二面）をすべてメッシュ生地Ｍで構成し、かつ長辺側仕切網１４０Ｌの開孔率を相対的に小とすることにより、長辺側仕切網１４０Ｌを構成するメッシュ生地Ｍを介して、隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通が補助的に（補完的に）可能となる（一部限定的に許容される）。したがって、直線状中間流路２１ａの幅方向に加えて二次的に高さ方向での流速分布の均等化や対称化も促進されるので、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂ前方の助走区間２１ａ２の短縮を図ることができる。
【００７０】
（実施例５）
図１５は直線状中間流路の第５実施例を示す平面断面図及び側面断面図である。図１５に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には複数（例えば２個）の角筒網１４０’，１４０”（四角筒状体）が流れ方向において互いに入れ子状に配置されている。すなわち、第一短辺側仕切網１４０Ｓ’（短辺側仕切部）と第一長辺側仕切網１４０Ｌ’（長辺側仕切部）とを有する第一角筒網１４０’が直線状中間流路２１ａ内に入れ子状に配置され、第二短辺側仕切網１４０Ｓ”（短辺側仕切部）と第二長辺側仕切網１４０Ｌ”（長辺側仕切部）とを有する第二角筒網１４０”が第一角筒網１４０’内に入れ子状に配置されている。その結果、直線状中間流路２１ａ内には、複数（例えば３重）の内外流路２１ａ’を同心状に積層する形で、複合流路が形成されている。
【００７１】
そして、このような３重構造の複合流路において、互いに隣接する内外流路２１ａ’間の相似率が等しくなるように配置されている。よって、
直線状中間流路２１ａと第一角筒網１４０’との相似率
＝直線状中間流路２１ａの開口幅Ｗ／第一角筒網１４０’の開口幅Ｗ’
＝直線状中間流路２１ａの開口高さＨ／第一角筒網１４０’の開口高さＨ’
＝第一角筒網１４０’と第二角筒網１４０”との相似率
＝第一角筒網１４０’の開口幅Ｗ’／第二角筒網１４０”の開口幅Ｗ”
＝第一角筒網１４０’の開口高さＨ’／第二角筒網１４０”の開口高さＨ”
＝一定値（例えば１．５）
となる。
【００７２】
各角筒網１４０’，１４０”は、超音波ビームの通過を許容し、また互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通を限定的に許容する板状のメッシュ生地Ｍ（網目状素材；図８参照）で構成されている。また、内側に位置する第二角筒網１４０”を構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（例えば４０％）が、外側に位置する第一角筒網１４０’を構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（例えば６０％）よりも小さくなるように形成されている。
【００７３】
このように、等しい相似率の内外流路２１ａ’が形成されるように２個の角筒網１４０’，１４０”が入れ子状に配置されるので、各内外流路２１ａ’での幅方向の流速分布を迅速に均等化・対称化することができる。また、内側の第二角筒網１４０”よりも外側の第一角筒網１４０’の開孔率を大きくすることにより、第一角筒網１４０’での流通量（移動量）を相対的に増加させ、各内外流路２１ａ’を流れるガスの流量をバランスさせて、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の幅方向の流速分布を平滑化することができる。
【００７４】
（実施例６）
図１６は直線状中間流路の第６実施例を示す平面断面図及び側面断面図である。図１６に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には複数（例えば２個）の角筒網１４０’，１４０”（四角筒状体）が流れ方向において互いに入れ子状に配置されている。すなわち、第一短辺側仕切網１４０Ｓ’（短辺側仕切部）と第一長辺側仕切網１４０Ｌ’（長辺側仕切部）とを有する第一角筒網１４０’が直線状中間流路２１ａ内に入れ子状に配置され、第二短辺側仕切網１４０Ｓ”（短辺側仕切部）と第二長辺側仕切網１４０Ｌ”（長辺側仕切部）とを有する第二角筒網１４０”が第一角筒網１４０’内に入れ子状に配置されている。その結果、直線状中間流路２１ａ内には、複数（例えば３重）の内外流路２１ａ’を同心状に積層する形で、複合流路が形成されている。
【００７５】
各角筒網１４０’，１４０”は、超音波ビームの通過を許容し、また互いに隣接する内外流路２１ａ’間でのガスの流通を限定的に許容する板状のメッシュ生地Ｍ（網目状素材）で構成されている。
【００７６】
具体的には図１７に示すように、第一角筒網１４０’の第一短辺側仕切網１４０Ｓ’のうち、超音波ビームの測線に対応する第一ビーム通過部１４１’の開孔率（例えば７０％）は、他の部位の開孔率（例えば６０％）よりも大きく形成されている。同様に、第二角筒網１４０”の第二短辺側仕切網１４０Ｓ”のうち、超音波ビームの測線に対応する第二ビーム通過部１４１”の開孔率（例えば５０％）は、他の部位の開孔率（例えば４０％）よりも大きく形成されている。また、これらの角筒網１４０’，１４０”において、内側に位置する第二角筒網１４０”を構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（ここでは４０％）は、外側に位置する第一角筒網１４０’を構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（ここでは６０％）よりも小さくなるように形成されている。また、これらの仕切網１４０Ｃ，１４０Ｓにおいて、幅方向中央側に位置する第一仕切網１４０Ｃを構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（ここでは４０％）は、幅方向周辺側に位置する第二仕切網１４０Ｓを構成するメッシュ生地Ｍの開孔率（ここでは６０％）よりも小さくなるように形成されている。すなわち、第二角筒網１４０”の開孔率（４０％）＜第二ビーム通過部１４１”の開孔率（５０％）＜第一角筒網１４０’の開孔率（６０％）＜第一ビーム通過部１４１’の開孔率（７０％）の関係を有する。
【００７７】
これにより、ビーム通過部１４１’，１４１”でのガスの流通量（移動量）は、角筒網１４０’，１４０”の他の部位よりも多くなる。したがって、小流量時の各内外流路２１ａ’において幅方向の流速分布の平滑化が促進され、また、高さ方向での流速分布の均等化や対称化も促進されるので、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂ前方の助走区間２１ａ２の一層の短縮を図ることができる。さらに、内側の第二角筒網１４０”よりも外側の第一角筒網１４０’の開孔率を大きくすることにより、第一角筒網１４０’での流通量（移動量）を相対的に増加させ、各内外流路２１ａ’を流れるガスの流量をバランスさせて、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の幅方向の流速分布を平滑化することができる。
【００７８】
なお、実施例２〜実施例６において、実施例１（図６〜図９）と機能が共通する部分には同一符号を付すことによって説明を省略したものがある。また、各実施例に記載した各々の構成は相互に組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る超音波式流量計の一実施例の全体斜視図。
【図２】図１の正面断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】超音波センサの配置変形例を示す説明図。
【図５】図２における中間流路の流路構成を示す斜視図及び正面図。
【図６】直線状中間流路の第１実施例を一部破断して示す斜視図。
【図７】図６の平面断面図及び側面断面図。
【図８】調整網に用いられるメッシュ生地の説明図。
【図９】小流量時及び大流量時の流速分布を示す説明図。
【図１０】直線状中間流路の第２実施例を示す平面断面図及び側面断面図。
【図１１】直線状中間流路の第３実施例を一部破断して示す斜視図。
【図１２】図１１の平面断面図及び側面断面図。
【図１３】直線状中間流路の第４実施例を一部破断して示す斜視図。
【図１４】図１３の平面断面図及び側面断面図。
【図１５】直線状中間流路の第５実施例を示す平面断面図及び側面断面図。
【図１６】直線状中間流路の第６実施例を示す平面断面図及び側面断面図。
【図１７】図１６の角筒網に用いられるメッシュ生地の説明図。
【符号の説明】
【００８０】
２１      中間流路
２１ａ    直線状中間流路（計測用直線流路）
２１ａ’  内外流路
２１ａ１  超音波計測区間（流量計測区間）
２１ａ２  助走区間
２１ｂ    入口側連結流路（導入側流路）
２１ｃ    出口側連結流路（導出側流路）
２１ｄ    短辺壁部
２１ｆ    長辺壁部
２１ｇ    方向転換部
２３      超音波センサ
４０      角筒壁（四角筒状体）
４０Ｌ    長辺側仕切壁（長辺側仕切部）
４０Ｓ    短辺側仕切壁（短辺側仕切部）
４１      連通孔
４２      調整網（調整部）
１００    超音波式流量計（流量計）
１２３ａ，１２３ｂ    送受信振動子（センサ素子）
１４０    角筒網（四角筒状体）
１４０Ｌ  長辺側仕切網（長辺側仕切部）
１４０Ｓ  短辺側仕切網（短辺側仕切部）
Ｍ        メッシュ生地（網目状素材）
ｍ        網部
ｈ        開孔部
ｙ        長繊維糸（フィラメント）
Ｌ        長辺
Ｓ        短辺
Ｈ        直線状中間流路の開口高さ
Ｈ’      四角筒状体の開口高さ
Ｗ        直線状中間流路の開口幅
Ｗ’      四角筒状体の開口幅
Ｏ１      直線状中間流路での高さ方向の中央位置
【図１】
2009276132.tif 000003
【図２】
2009276132.tif 000004
【図３】
2009276132.tif 000005
【図４】
2009276132.tif 000006
【図５】
2009276132.tif 000007
【図６】
2009276132.tif 000008
【図７】
2009276132.tif 000009
【図８】
2009276132.tif 000010
【図９】
2009276132.tif 000011
【図１０】
2009276132.tif 000012
【図１１】
2009276132.tif 000013
【図１２】
2009276132.tif 000014
【図１３】
2009276132.tif 000015
【図１４】
2009276132.tif 000016
【図１５】
2009276132.tif 000017
【図１６】
2009276132.tif 000018
【図１７】
2009276132.tif 000019