(57)【要約】【課題】流量域による幅方向の流速分布の影響を受けず、全流量域にわたって安定し高精度な計測を実現できる超音波流量計を提供する。【解決手段】流路形成部の内部にて各々流路に沿って配置される板状に形成され、流路断面を、流路中央領域と、該流路中央領域の両側にて各々流路形成部の内壁面に接する壁面内接領域とに仕切る反射部材を備え、流路中央領域を通過する総伝播長が壁面内接領域を通過する総伝播長よりも長くなる第一伝播経路と、流路中央領域を通過する総伝播長が壁面内接領域を通過する総伝播長よりも短い第一伝播経路とは異なる第二伝播経路とにおける超音波ビームの伝播時間をそれぞれ計測し、その計測結果に基づいて、流路断面内の流量分布情報を、流路中央領域と壁面内接領域とに区分した形で算出・出力する超音波流量計として提供可能である。【選択図】図１
2009103460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体の流路を形成する流路形成部と、
前記流路形成部に取り付けられるとともに、一方が前記被測定流体への超音波ビームの送出部となり他方が該超音波ビームの受信部となるよう送受信機能が入れ替え可能に構成された各々１対の超音波送受信部からなる第一および第二の超音波送受信部対と、
前記流路形成部の内部にて各々前記流路に沿って配置される板状に形成され、前記流路断面を、流路中央領域と、該流路中央領域の両側にて各々前記流路形成部の内壁面に接する壁面内接領域とに仕切るとともに、前記第一の超音波送受信部対については、前記流路中央領域を通過する総伝播長が前記壁面内接領域を通過する総伝播長よりも長くなる第一伝播経路に沿って、前記第二の超音波送受信部対については、前記流路中央領域を通過する総伝播長が前記壁面内接領域を通過する総伝播長よりも短い前記第一伝播経路とは異なる第二伝播経路に沿って、前記超音波ビームを前記送出部から反射屈折させつつ前記受信部に各々導く反射部材と、
前記第一の超音波送受信部対を使用したときの前記超音波ビームの伝播時間である第一伝播時間と、前記第二の超音波送受信部対を使用したときの前記超音波ビームの伝播時間である第二伝播時間とをそれぞれ計測する伝播時間計測手段と、
それら第一伝播時間と第二伝播時間の計測結果に基づいて、前記流路断面内の流量分布情報を、前記流路中央領域と前記壁面内接領域とに区分した形で算出する流量分布情報算出手段と、
算出された流量分布情報を出力する流量分布情報出力手段と、
を有してなることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記第一伝播経路と前記第二伝播経路とが同一長さに設定される請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記反射部材は、前記送信部に近い側に位置する第一反射部材と、前記受信部に近い側に位置する第二反射部材とを有し、前記第一反射部材には、前記第一伝播経路に沿って前記第一超音波送受信部対の前記送信部から送出された前記超音波ビームを前記流路中央領域に導き入れる第一貫通部が形成され、前記第二反射部材には、前記流路中央領域内にて多重反射した前記超音波ビームを前記受信部側の前記壁面内接領域内に導き入れる第二貫通部が形成され、
それら第一貫通部と第二貫通部との形成位置が、前記流路中央領域内での前記超音波ビームの反射回数が各前記壁面内接領域での合計反射回数よりも多くなるように定められてなる請求項１または請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記第一貫通部と前記第二貫通部との形成位置は、前記超音波ビームが各前記壁面内接領域を無反射にて通過するように定められてなる請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記反射部材は、前記送信部に近い側に位置する第一反射部材と、前記受信部に近い側に位置する第二反射部材とを有し、前記第一反射部材には、前記第二伝播経路に沿って前記第二超音波送受信部対の前記送信部から送出され、該送信部側の前記壁面内接領域内にて前記第一反射部材と対向する前記流路形成部の内壁面との間で多重反射した前記超音波ビームを前記流路中央領域に導き入れる第三貫通部が形成され、前記第二反射部材には、該超音波ビームを前記流路中央領域から前記受信部側の前記壁面内接領域内に導き入れ、前記第二反射部材と、これに対向する前記流路形成部の内壁面との間で多重反射させつつ前記超音波ビームを前記第二超音波送受信部対の前記受信部に導き入れる第四貫通部が形成され、
それら第三貫通部と第四貫通部との形成位置が、各前記壁面内接領域での合計反射回数が前記流路中央領域内での前記超音波ビームの反射回数よりも多くなるように定められてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記第三貫通部と前記第四貫通部との形成位置は、前記超音波ビームが前記流路中央領域を無反射にて通過するように定められてなる請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
請求項３または請求項４に記載の要件を備え、
前記第一超音波送受信部対と第二超音波送受信部対との各前記送信部と前記受信部とが、前記流路の流れ方向において同じ位置に、前記反射部材の幅方向に各々互いに隣接して配置され、かつ、前記第一反射部材と前記第二反射部材とのそれぞれに対し、同一角度にて前記超音波ビームが出射ないし入射するようになっており、
前記第一貫通部と前記第二貫通部とは、前記第一反射部材および前記第二反射部材に対し、前記第一超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は許容し、前記第二超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は阻止するように、各反射部材の当該前記第一超音波送受信部対側のみを幅方向に部分的に切り欠く形で形成され、
前記第三貫通部と前記第四貫通部とは、前記第一反射部材および前記第二反射部材に対し、前記第二超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は許容し、前記第一超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は阻止するように、各反射部材の当該前記第二超音波送受信部対側のみを幅方向に部分的に切り欠く形で形成されてなる請求項５または請求項６に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記第一および第二の超音波送受信部は、一つの圧電体により構成され、該圧電体の表面部には、前記流路の流れ方向に該圧電体を前記第一および第二の超音波送受信部に分割するための溝が設けられ、その溝において分割された圧電体ごとに、それぞれ独立した超音波指向特性を有する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記第一および第二の超音波送受信部は、それぞれ独立した圧電体により構成され、これら圧電体は前記流路の流れ方向に対して対称に分離配置され、それぞれ独立した超音波指向特性を有する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記流量分布情報に基づいて、前記被測定流体の前記流路中央領域と前記壁面内接領域における流速を算出する流速算出手段と、
算出された２つの前記被測定流体の流速に基づいて、前記流量分布情報に応じた流速分布補正係数を算出する流速分布補正係数算出手段と、
を備える請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１１】
算出された前記流速分布補正係数に基づいて、前記被測定流体の流速を補正する流速補正手段を備える請求項１０に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路を流れる流体は、その流量によって流速分布が異なることが流体力学的に一般に知られている。すなわち、流れが遅い時には、流路幅方向で層流と呼ばれる放物線形状の流速分布を示し、ピークの流速と、平均流速とが異なる分布状態となり、逆に流れが速くなると、徐々にその分布は崩れ、乱流域と呼ばれる流域となり、その時の流速分布は、ピーク流速が平均流速と等しい形状となる、バスタブ形状と呼ばれる流速分布となり、流速分布は流路幅方向で一様に等しい分布状態となる。また層流域では、放物線形状の流速分布形状に若干の相異が発生し、幅方向での流速差は一定ではない。さらに層流域では、ガス種や、流路形状寸法等により、流速分布は異なる分布をとることが一般に知られている。
【０００３】
このように流量域および、流体の種類や、流路形状寸法等により、流路幅方向での流速分布に差が存在すると、超音波素子によって、流速分布を横切るように超音波を送受信させ、流路を流れる流体を計測する際、流量域によって、計測される平均流速は上述の流速分布の影響を受け、この流速分布の影響により計測した値には誤差が含まれるため、正確な流量を算出できないことになる。仮にこの誤差の影響を補正するにしても、計測している流速分布そのものが把握できないので、流量域による流速分布を平均流速として補正することは極めて困難である。
【０００４】
そこで、この影響を低減し、どの流量域でも平均化された流速分布が得られるように、流路内部の幅方向を複数のエリアに分割し、特に層流域で発生する放物線形状の流速分布を平滑化するよう、流路内部に仕切板と呼ばれる部材を配置する流れ計測装置が考案されている（特許文献１参照）。これにより、層流域でも乱流域と同様に平均化された流速分布を計測し扱えることで、正確な流速を算出でき、高精度な流量が算出できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５７３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、仕切板を流路内部に挿入し、流れに対して抵抗を発生させる形成とすることにより、圧力損失が顕著化してしまう。仮にこの圧力損失を許容できたとしても、製品の固体差、仕切板の組み込み精度、バラツキ、温度因子等による影響を考慮すると、製品の安定性、歩留り等にも寄与する可能性が懸念される上、部品追加によりコスト高となってしまうことは免れない。
【０００７】
上記問題点を背景として、本発明の課題は、流量域による幅方向の流速分布の影響を受けず、全流量域にわたって安定し高精度な計測を実現できる超音波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および発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明の超音波流量計は、被測定流体の流路を形成する流路形成部と、流路形成部に取り付けられるとともに、一方が被測定流体への超音波ビームの送出部となり他方が該超音波ビームの受信部となるよう送受信機能が入れ替え可能に構成された各々１対の超音波送受信部からなる第一および第二の超音波送受信部対と、流路形成部の内部にて各々流路に沿って配置される板状に形成され、流路断面を、流路中央領域と、該流路中央領域の両側にて各々流路形成部の内壁面に接する壁面内接領域とに仕切るとともに、第一の超音波送受信部対については、流路中央領域を通過する総伝播長が壁面内接領域を通過する総伝播長よりも長くなる第一伝播経路に沿って、第二の超音波送受信部対については、流路中央領域を通過する総伝播長が壁面内接領域を通過する総伝播長よりも短い第一伝播経路とは異なる第二伝播経路に沿って、超音波ビームを送出部から反射屈折させつつ受信部に各々導く反射部材と、第一の超音波送受信部対を使用したときの超音波ビームの伝播時間である第一伝播時間と、第二の超音波送受信部対を使用したときの超音波ビームの伝播時間である第二伝播時間とをそれぞれ計測する伝播時間計測手段と、それら第一伝播時間と第二伝播時間の計測結果に基づいて、流路断面内の流量分布情報を、流路中央領域と壁面内接領域とに区分した形で算出する流量分布情報算出手段と、算出された流量分布情報を出力する流量分布情報出力手段と、を有してなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によって、これら複数の超音波の送受信による伝播時間計測結果、あるいは時間計測情報から演算し算出した流速結果に基づき、流路内を流れる流量による流速分布のパターンを把握し分析することが可能であるため、流路を流れる流体の流量を演算し算出することができる。また、圧電素子を構成する複数の圧電素子ブロックの、流路幅方向に対応した幅方向における各ブロックの寸法比率、および枚数、配置を最適な寸法比、枚数、位置に調整してやることにより、流路を流れる流体の種類（ガス種）や、流路形状寸法、流量レンジ、更には流速分布の偏り（中心軸からのズレがある分布でも）があっても、これに対応した最適な流速検出が可能であるため、流量域による幅方向の流速分布や偏りによる影響を受けず、全流量域に渡って安定し高精度な計測を実現できる。
【００１０】
また、本発明の超音波流量計は、第一伝播経路と第二伝播経路とが同一長さに設定されるように構成することもできる。
【００１１】
２つの伝播経路長が同一であっても、流量分布が異なる領域を通過する超音波ビームの伝播時間は異なる。上記構成によっても、全流量域にわたって安定し高精度な計測を実現できる。
【００１２】
また、本発明の超音波流量計における反射部材は、送信部に近い側に位置する第一反射部材と、受信部に近い側に位置する第二反射部材とを有し、第一反射部材には、第一伝播経路に沿って第一超音波送受信部対の送信部から送出された超音波ビームを流路中央領域に導き入れる第一貫通部が形成され、第二反射部材には、流路中央領域内にて多重反射した超音波ビームを受信部側の壁面内接領域内に導き入れる第二貫通部が形成され、それら第一貫通部と第二貫通部との形成位置が、流路中央領域内での超音波ビームの反射回数が各壁面内接領域での合計反射回数よりも多くなるように定められるように構成することもできる。
【００１３】
上記構成によって、流路中央領域における流量分布情報を精度よく算出することができる。
【００１４】
また、本発明の超音波流量計は、第一貫通部と第二貫通部との形成位置は、超音波ビームが各壁面内接領域を無反射にて通過するように定められるように構成することもできる。
【００１５】
上記構成によって、各壁面内接領域の流量分布に影響されず、流路中央領域における流量分布情報をより精度よく算出することができる。
【００１６】
また、本発明の超音波流量計における反射部材は、送信部に近い側に位置する第一反射部材と、受信部に近い側に位置する第二反射部材とを有し、第一反射部材には、第二伝播経路に沿って第二超音波送受信部対の送信部から送出され、該送信部側の壁面内接領域内にて第一反射部材と対向する流路形成部の内壁面との間で多重反射した超音波ビームを流路中央領域に導き入れる第三貫通部が形成され、第二反射部材には、該超音波ビームを流路中央領域から受信部側の壁面内接領域内に導き入れ、第二反射部材と、これに対向する流路形成部の内壁面との間で多重反射させつつ超音波ビームを第二超音波送受信部対の受信部に導き入れる第四貫通部が形成され、それら第三貫通部と第四貫通部との形成位置が、各壁面内接領域での合計反射回数が流路中央領域内での超音波ビームの反射回数よりも多くなるように定められるように構成することもできる。
【００１７】
上記構成によって、壁面内接領域における流量分布情報を精度よく算出することができる。
【００１８】
また、本発明の超音波流量計における第三貫通部と第四貫通部との形成位置は、超音波ビームが流路中央領域を無反射にて通過するように定められるように構成することもできる。
【００１９】
上記構成によって、流路中央領域の流量分布に影響されず、各壁面内接領域における流量分布情報をより精度よく算出することができる。
【００２０】
また、本発明の超音波流量計は、請求項３または請求項４に記載の要件を備え、第一超音波送受信部対と第二超音波送受信部対との各送信部と受信部とが、流路の流れ方向において同じ位置に、反射部材の幅方向に各々互いに隣接して配置され、かつ、第一反射部材と第二反射部材とのそれぞれに対し、同一角度にて超音波ビームが出射ないし入射するようになっており、第一貫通部と第二貫通部とは、第一反射部材および第二反射部材に対し、第一超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は許容し、第二超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は阻止するように、各反射部材の当該第一超音波送受信部対側のみを幅方向に部分的に切り欠く形で形成され、第三貫通部と第四貫通部とは、第一反射部材および第二反射部材に対し、第二超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は許容し、第一超音波送受信部対をなす送信部ないし受信部にかかる超音波ビームの通過は阻止するように、各反射部材の当該第二超音波送受信部対側のみを幅方向に部分的に切り欠く形で形成されるように構成することもできる。
【００２１】
上記構成によって、反射部材の構造を複雑化することなく、また、流路の流れに影響を及ぼすことなく第一伝播経路と第二伝播経路とを形成することが可能となる。
【００２２】
また、本発明の超音波流量計における第一および第二の超音波送受信部は、一つの圧電体により構成され、該圧電体の表面部には、流路の流れ方向に該圧電体を第一および第二の超音波送受信部に分割するための溝が設けられ、その溝において分割された圧電体ごとに、それぞれ独立した超音波指向特性を有するように構成することもできる。
【００２３】
一つの圧電体を分割し電圧を印加すると、分割されたそれぞれの圧電体から超音波が送出されることが知られている。上記構成によって、電圧印加部も一つで済むので、低コストで超音波送受信部を構成することが可能となる。また、スリットにより機械的に独立した構成であるため、振動効率の低下および、不要な振動が抑えられるので、検出精度が良く、安定した計測が可能である。また同一の圧電素子で構成され対称な形状に分割され送受信が可能なため、特性が等しく経路による感度差も無く安定な計測が実現できるうえ、温度や経時変化による誤差が極めて少なく高精度な検出が実現できる。
【００２４】
また、本発明の超音波流量計における第一および第二の超音波送受信部は、それぞれ独立した圧電体により構成され、これら圧電体は流路の流れ方向に対して対称に分離配置され、それぞれ独立した超音波指向特性を有するように構成することもできる。
【００２５】
上記構成によって、これら２つの圧電体の超音波の発信タイミングを任意に設定することができ、ガス種や、流路形状寸法等に応じて精度よく流量分布情報を算出することができる。また、それぞれの圧電体が完全に独立で対称な形状であるので、振動効率が良くロスが少ないため、送受信感度を高めた状態で超音波ビームを流路内部に放射できる。更には、それぞれの圧電体は同一ロット内で構成してあるため比較的特性が近く、温度変化や、経時変化の傾向が揃っていて安定な構成となる。
【００２６】
また、本発明の超音波流量計は、流量分布情報に基づいて、被測定流体の流路中央領域と壁面内接領域における流速を算出する流速算出手段と、算出された２つの被測定流体の流速に基づいて、流量分布情報に応じた流速分布補正係数を算出する流速分布補正係数算出手段と、を備えるように構成することもできる。
【００２７】
上記構成によって、互いに異なる伝播経路を伝播する２種類の音波ビームによる、２種類の伝播経路を伝播する超音波ビームを送受信させることで、流速分布に応じた伝播時間結果が得られるので、その伝播時間の結果から、少なくとも２種類の音波ビームによる伝播時間の比の値を比較し、その大小関係に基づいて、流速分布のパターンを推定し、妥当な流量域を予測すると同時に、その比の値に応じて最適な流速分布補正係数を算出することができる。
【００２８】
また、本発明の超音波流量計は、算出された流速分布補正係数に基づいて、被測定流体の流速を補正する流速補正手段を備えるように構成することもできる。
【００２９】
上記構成によって、流量域に応じて最適な補正を行うため、妥当な流速補正係数を割り振割り流速を演算し流量を算出する流量計測にあって、その流速補正係数を、流路を流れる流体の種類や、流路寸法に応じて変化させることで、流体の種類によって異なる粘性、密度の相異における流速値の相異による流速分布の相異に対応できる。また、流路形状・寸法による超音波ビームエリアによる流速分布に相異があっても、これに対応した補正係数応を別に付与することが可能であるため、超音波ビーム送受信による伝播時間の計測結果から、その伝播時間の比の値を比較し、その大小関係に基づいて、流路幅方向における流速分布のパターンを推定し妥当な流量域を予測すると同時に、比の値に応じて最適な流速分布補正係数を割り振ることで、流路断面を横切る平均流速を演算し算出することができるので、流量域による幅方向の流速分布の影響を受けず、全流量域に渡って安定し高精度な計測が実現できる。または、送受信による時間計測結果に基づいて演算し算出した流速結果から、流速の比の値を比較し、その大小関係に基づいて、流路幅方向における流速分布のパターンを推定し妥当な流量域を予測すると同時に、比の値に応じて最適な流速分布補正係数を割り振ることで、流路断面を横切る平均流速を演算し算出することができるので、流量域による幅方向の流速分布の影響を受けず、全流量域にわたって安定し高精度な計測が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明に係る超音波流量計の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の基本構成を示す。この超音波流量計１には、被測定流体ＧＦの流路を形成する流路形成部３と流路形成部３に対し被測定流体ＧＦの流通方向において互いに異なる位置に設けられ、一方が被測定流体ＧＦへの測定用超音波の送出側となり、他方が該測定用超音波の受信側となるように機能するとともに、各々測定用超音波として、予め定められた向きへの指向性を有する超音波ビームＳＷ２，ＳＷ４を送出可能な対をなす超音波送受信部２ａ，２ｂと、流路形成部３の内部にて流路に沿って配置される各々板状に形成され、かつ板面法線方向に所定の間隔で複数設けられた反射部材３１，３２とを備えている。そして、送信側となる超音波送受信部２ａ，２ｂから送出される超音波ビームＳＷ２，ＳＷ４を、反射部材３１，３２を利用して流路内で多重反射させつつ受信側となる超音波送受信部２ｂ，２ａへ導くようにしてある。流路形成部３は例えば金属製である。
【００３１】
また、反射部材３１，３２を含む流路形成部３と超音波送受信部２ａ，２ｂとが流量計本体１Ｍを構成し、該流量計本体１Ｍと制御回路部１Ｅとにより超音波流量計１の全体が構成されている。なお、超音波送受信部２ａが本発明の第一の超音波送受信部対、超音波送受信部２ｂが本発明の第二の超音波送受信部対に相当する。
【００３２】
制御回路部１Ｅは、対をなす超音波送受信部２ａ，２ｂを、流路上流側に位置する上流側超音波送受信部２ａ側が送信側となり、流路下流側に位置する下流側超音波送受信部２ｂ側が受信側となる順方向駆動モードと、その逆となる逆方向駆動モードとの間で切り替え可能に駆動する超音波駆動機構４を有する。なお、制御回路部１Ｅが本発明の伝播時間計測手段，流量分布情報算出手段，流量分布情報出力手段，流速算出手段，流速分布補正係数算出手段，流速補正手段に相当する。
【００３３】
超音波流量計１の流量測定用の流路３Ｐには、流量測定用ガス（流体）が図示の流れ方向に流通している。流路３Ｐには、流れ方向下流側に下流側超音波送受信部２ｂが設けられ、流れ方向上流側に上流側超音波送受信部２ａが設けられている。これらの超音波送受信部２ａ，２ｂは圧電振動子などからなる超音波振動子を有した超音波トランスデューサであり、駆動電圧の印加により超音波ビームを送出する超音波送出機能と、超音波ビームの受信により電気信号（受信信号）を出力する超音波受信機能とを複合して備えるものである。測定用の超音波ビームは、流路内にて超音波送受信部２ａ，２ｂ間に定在波を生じないよう、所定波数以下のパルス状に送出される。
【００３４】
また、測定対象がガスの場合、流路３Ｐを形成する流路形成部３の軸断面形状は壁部３Ｊにより閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状、楕円形状、正方形状、矩形状等のいずれを採用してもよい。本実施形態では、図１に示すごとく流路形成部３は矩形状に形成され、上壁部３Ｊａに上流側超音波送受信部２ａが、また下壁部３Ｊｂに下流側超音波送受信部２ｂが取り付けられている。つまり、対をなす超音波送受信部２ａ，２ｂが、流路形成部３に対し、複数の反射部材３１，３２を配列方向に挟む形で振り分けて配置されている。
【００３５】
流路形成部３は、反射部材３１，３２により、流路中央領域３Ｗと、流路中央領域の両側にて各々流路形成部の内壁面に接する上部壁面内接領域３Ｃ，下部壁面内接領域３Ｃ’とに仕切られている。なお、反射部材３１が本発明の第一反射部材、反射部材３２が本発明の第二反射部材に相当する。
【００３６】
図２に、流量計本体１Ｍの断面構造の斜視図を示す。配置送信側となる超音波送受信部（順方向駆動モードでは上流側超音波送受信部２ａ、逆方向駆動モードでは下流側超音波送受信部２ｂ）から送出される超音波ビームＳＷ４，ＳＷ２のうち、超音波ビームＳＷ４は、それら１対の反射部材３１，３２間に形成される流路中央領域３Ｗ内にて多重反射されつつ受信側となる超音波送受信部（順方向駆動モードでは下流側超音波送受信部２ｂ、逆方向駆動モードでは上流側超音波送受信部２ａ）に導かれる。すなわち、超音波ビームＳＷ４の伝播経路が、流路中央領域を通過する総伝播長が壁面内接領域を通過する総伝播長よりも長くなる第一伝播経路に相当する。また、超音波ビームＳＷ２は、２つの壁面内接領域３Ｃ，３Ｃ’内にて多重反射されつつ受信側となる超音波送受信部に導かれる。すなわち、超音波ビームＳＷ２の伝播経路が、流路中央領域３Ｗを通過する総伝播長が壁面内接領域３Ｃ，３Ｃ’を通過する総伝播長よりも短い第一伝播経路とは異なる第二伝播経路に相当する。
【００３７】
反射部材３１，３２には、該反射部材３１，３２と対向する超音波送受信部２ａ，２ｂからの超音波ビームＳＷ４を流路中央領域３Ｗに導入し、超音波ビームＳＷ４を流路中央領域３Ｗで多重反射させるためのビーム導入開口部３１ｈ１（本発明の第一貫通部），３２ｈ１（本発明の第二貫通部）が形成されている。これらビーム導入開口部３１ｈ，３２ｈの反射部材３１，３２への形成位置は、超音波ビームＳＷ４のビーム中心軸線を包含するように定められている。
【００３８】
また、反射部材３１，３２には、該反射部材３１，３２と対向する超音波送受信部２ａ，２ｂからの超音波ビームＳＷ２が、壁面内接領域３Ｃ，３Ｃ’で多重反射した後に流路中央領域３Ｗに導入するためのビーム導入開口部３１ｈ２（本発明の第三貫通部），３２ｈ２（本発明の第四貫通部）が形成されている。これらビーム導入開口部３１ｈ２，３２ｈ２の反射部材３１，３２への形成位置は、超音波ビームＳＷ２のビーム中心軸線を包含するように定められている。
【００３９】
なお、ビーム導入開口部３１ｈ１，３２ｈ１および３１ｈ２，３２ｈ２の形状は、矩形あるいは略半円形の切り欠きでもよいし、貫通形成としてもよい。また、第一貫通部と第二貫通部との形成位置は、流路中央領域内（３Ｗ）での超音波ビームＳＷ４の反射回数が各壁面内接領域（３Ｃ，３Ｃ’）での合計反射回数よりも多くなるように定められる。また、第三貫通部と第四貫通部との形成位置は、流路中央領域３Ｗ内を超音波ビームＳＷ２が無反射で通過するように定められる。
【００４０】
また、反射部材３１，３２は、被測定流体（媒質）の音響インピーダンスをＺ１とした場合、反射部材の音響インピーダンスをＺ２とすれば、境界（反射面）が反射部材３１，３２であるので、Ｚ１／Ｚ２＜＜１となるような音響インピーダンスＺ２を有した材質を選定すればよい。このようにすれば、反射部材３１，３２の音響インピーダンスＺ２，媒質の音響インピーダンスＺ１に比べて充分に大きいので、境界（反射面）をなす反射部材３１，３２を超音波ビームＳＷ（２，４）が透過することを阻止でき、ほぼ全反射となるため、超音波ビームＳＷの伝播ロスが少なくなり、高感度な送受信が達成できる。具体的には、音響インピーダンス比Ｚ１／Ｚ２の値は１／１０以下であればよく、反射部材３１，３２の具体的な材質としては、金属、セラミックス、プラスチックスを例示できる。
【００４１】
また、反射部材３１，３２の厚みは、材料の機械的物性や加工性等を考慮して、０．４ｍｍ以上確保されていることが望ましい。また、反射部材３１，３２の厚みが超音波波長λの１／２に一致していると、図１９に示すごとく、共振により反射部材の音波透過率が非常に急峻に増大し、反射がほとんど生じなくなるので、該厚さはλ／２よりも小さいことが望ましい（図１９に示す例ではλ／２＝約１．２５ｍｍであり、反射部材３１，３２の厚みは１ｍｍ以下に設定されていることが望ましいといえるが、λは反射部材３１，３２の材質により変化するので、適正な厚みの上限は材質に応じて適宜設定されることとなる）。
【００４２】
さらに、反射部材３１，３２の反射面の表面粗さ（ＪＩＳ：Ｂ０６０１（２００１）に規定された算術平均高さＲａを採用する）は、超音波波長λの１／１０以下に仕上げられていることが望ましい。これにより、反射面での乱反射による超音波エネルギーのロスが少なくなり、ほぼ全反射するため、超音波ビームの伝播ロスが抑制され、高感度な送受信を実現できる。
【００４３】
図３に、超音波送受信部２ａ，２ｂの構成を示す。超音波送受信部２ａ，２ｂ構成は同じであるため、超音波送受信部２ａを例に挙げて説明する。超音波送受信部２ａを構成する圧電素子（本発明の圧電体）が、一体構成で溝ＳＬにより２つの圧電素子ブロック２ａ１および２ａ２に分離された構成となっている。そして、各圧電素子ブロック２ａ１，２ａ２を駆動し、音響インピーダンスを整合層するための音響整合層２ｚを介して超音波ビームα（ＳＷ２に相当），β（ＳＷ４に相当）を流路幅方向で二分する形で放射する。
【００４４】
超音波ビームαおよびβの放射タイミングに時間差を設けると、流路幅方向でそれぞれ異なる伝播経路に沿って超音波送受信部２ｂに導かれる、このとき一定の時間差が発生する。また、超音波ビームαおよびβを同じタイミングで放射しても、それぞれの超音波ビームの伝播経路の長さが異なれば、一定の時間差を持って受信される。さらに、超音波ビームαおよびβを同じタイミングで放射し、それぞれの超音波ビームの伝播経路の長さが同じであっても、各領域（３Ｗ，３Ｃ）における流量分布が異なれば、一定の時間差を持って受信される。
【００４５】
図４のように、圧電素子は、Ａパターンのように流路幅を二分するような位置に溝ＳＬが設けられた角型の２つの圧電素子ブロック２ａ１，２ａ２として構成しても、Ｂパターンのように、略円板状の圧電素子を流路幅方向に溝ＳＬで二分する構成としてもよい。また、これら以外にも、圧電素子が略楕円形状で、流路幅方向に対称な形状で分離されている構成でもよい。図５，図６に、それぞれの形状の圧電素子の取り付け例を示す。
【００４６】
図７に、超音波送受信部２ａ，２ｂを構成する圧電素子の構成の別例を示す。圧電素子を流路幅方向に対して対称な形状で、２個のアレイ状にそれぞれ分離された圧電素子ブロック１，２として並べて配置した構成とし、各圧電素子ブロックを、それぞれ一定の遅延時間を設けて駆動し、それぞれのブロックに共通の音響整合層２ｚを介して超音波ビームα（ＳＷ２に相当），β（ＳＷ４に相当）を送受信させる。
【００４７】
図８に、マイコン１１のブロック図を示す。マイコン１１は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２（不揮発性メモリ：ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリなどにより記憶内容は電気的に書換え可能）、ＲＡＭ１１３、入出力部１１４および内部バス１１５を備える。ＲＯＭ１１２には制御プログラム１１２ａが記憶されており、ＣＰＵ１１１がこの制御プログラム１１２ａを読み出して実行することにより流量算出等が行われる。また、ＲＡＭ１１３には流量算出等に必要な測定データを記憶する測定データ記憶領域１１３ｃが設けられる。
【００４８】
図１の時間計測部１０は、順方向駆動モードでの、上流側超音波送受信部２ａから発信された超音波ビームＳＷ２，ＳＷ４が下流側超音波送受信部２ｂに到達するまでの順方向伝播時間と、逆方向駆動モードにおける下流側超音波送受信部２ｂから発信された超音波ビームＳＷ２，ＳＷ４が上流側超音波送受信部２ａに到達するまでの逆方向伝播時間とを計測するものである。また、マイコン１１は、上記の順方向伝播時間と逆方向伝播時間との時間差から、流路３Ｐを流れる流体の平均流速度および流量を計算する。また、増幅部７は、受信した超音波ビーム信号のレベル（電圧レベル）をＣＰＵ１１１で処理可能なものとするための、周知の増幅回路を含む。
【００４９】
本発明では、超音波ビームＳＷ４の伝播パスが４次反射による折れ線状となるので、図９の構成の場合、流量Ｑの計算を以下のようにして行うことができる（各部の寸法は図９に示す記号にて説明する）。まず、反射部材３１，３２により仕切られる各空間のうち、上部壁面内接領域３Ｃ、流路中央領域３Ｗおよび下部壁面内接領３Ｃ’の各高さをｈ１、ｈ２、ｈ３、断面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３とする。また、反射部材３１，３２の厚みをｔ、淀み空間２ｄ（図１参照）のオフセット長をＬ０、超音波送受信部２ａ，２ｂ（図９では、それぞれトランジューサ１，２と表記）の取付角度をθとすると、伝播パス長Ｌは下式により計算される。
【００５０】
Ｌ＝｛（ｈ１−ｔ／２）／ＳＩＮθ
＋５・（ｈ２−ｔ）／ＳＩＮθ＋（ｈ３−ｔ／２）／ＳＩＮθ｝＋２Ｌ０  …（２１）
また、反射部材３１，３２は流路中心軸線に関して上下対象に設けられているので、
ｈ１＝ｈ３＝ｈ’  …（２２）
Ｓ１＝Ｓ３＝Ｓ’  …（２３）
とできる。
【００５１】
次に、流路中央領域３Ｗ以外の三角部を含む流路断面、つまり、上壁部側空間３Ｃおよび下壁部側空間３Ｃ’における流速Ｖ’と瞬時流量Ｑ’とを算出する。まず、伝播パスのうち、上壁部側空間３Ｃおよび下壁部側空間３Ｃ’に属する部分の長さＬ’は、
Ｌ’＝２・｛ｈ’−ｔ／２｝／ＳＩＮθ＋Ｌ０｝  …（２４）
である。すると、順方向伝播時間Ｔ１’は、
Ｔ１’＝Ｌ’／（Ｃ＋Ｖ’ＣＯＳθ）  …（２５）
（ただし、Ｃは被測定ガス中の音速である）
同様に、逆方向伝播時間Ｔ２’は、
Ｔ２’＝Ｌ’／（Ｃ−Ｖ’ＣＯＳθ）  …（２６）
従って、上壁部側空間３Ｃおよび下壁部側空間３Ｃ’における流速Ｖ’は、
Ｖ’＝（Ｌ’／ＣＯＳθ）（１／Ｔ１’−１／Ｔ２’）  …（２７）
同じく瞬時流量Ｑ’は、
Ｑ’＝Ｖ’・２Ｓ’  …（２８）
【００５２】
次に、流路中央領域３Ｗでの流速：Ｖ”と瞬時流量Ｑ”とを同様に算出すると、
伝播パスのうち、流路中央領域３Ｗに属する部分の長さＬ”は、
Ｌ”＝Ｎ・｛（ｈ２−ｔ）／ＳＩＮθ｝  …（２９）
（ただし、Ｎは反射次数（反射回数））
である。すると、順方向伝播時間Ｔ１”は、
Ｔ１”＝Ｌ”／（Ｃ＋Ｖ”ＣＯＳθ）  …（３０）
同様に、逆方向伝播時間Ｔ２”は、
Ｔ２”＝Ｌ”／（Ｃ−Ｖ”ＣＯＳθ）  …（３１）
従って、流路中央領域３Ｗにおける流速Ｖ”は、
Ｖ”＝（Ｌ”／ＣＯＳθ）（１／Ｔ１”−１／Ｔ２”）  …（３２）
同じく瞬時流量Ｑ”は、
Ｑ”＝Ｖ”・Ｓ２  …（３３）
【００５３】
以上から、全流量値Ｑは、流路中央領域３Ｗ（Ｓ２）と上壁部側空間３Ｃおよび下壁部側空間３Ｃ’（Ｓ’＋Ｓ’＝２Ｓ’）の各流量の和となるから、
Ｑ＝Ｑ’＋Ｑ”（Ｖ’・２Ｓ’＋Ｖ”・Ｓ２）  …（３４）
として算出することができる。測定される順方向伝播時間Ｔ１（Ｔ１２）と逆方向伝播時間Ｔ２（Ｔ２２）とは、いずれも、上記２つの空間の伝播時間の和（Ｔ１’＋Ｔ１”およびＴ２’＋Ｔ２”）である。
【００５４】
上記構成によると、超音波送受信部２ａ，２ｂ間を超音波ビームＳＷが直進により伝播する場合と比較して、図９に示すように、反射回数が２回以上に増加する分だけ伝播パス長が折れ線状に増加し、流量測定精度の向上あるいは流量測定のレンジアビリティ拡大に寄与できる。また、同じ伝播パス長であっても、パス形状が折れ線状となることで、対を成す超音波送受信部２ａ，２ｂの距離を近づけることができ、装置の小形化にも貢献する。また、反射部材３１，３２によって流路３Ｐがその軸断面内にて複数に分割されるが、反射部材３１，３２は被測定流体ＧＦに対する整流素子としても機能するので、流れの安定化と均一化とを図ることができ、この観点からも流量測定精度の向上に寄与する。特に、反射部材３１，３２による流路の分割方向に流れを十分均一化することができれば、測定対象となる流れを近似的に二次元流として取り扱うことが可能となり、測定精度向上の観点においてさらに有利となる。
【００５５】
また、図９に示すように、超音波送受信部２ａ，２ｂは、多重反射を生じさせるために、超音波送受信部２ａ，２ｂの流路形成部３に対する取付角度が大きく設定される。その結果、前述のごとく、各超音波送受信部２ａ，２ｂの直近に形成される淀み空間２ｄが縮小するので、流量測定精度の向上に著しく寄与する。
【００５６】
図１０を用いて、流量分布情報出力処理について説明する。なお、本処理は制御プログラム１１２ａに含まれ、制御プログラム１１２ａの他の処理とともに繰り返し実行される。まず、超音波ビーム（ＳＷ２：α，ＳＷ４：β）を予め定められたタイミングで超音波送信部２ａ，２ｂから放射する（Ｓ１１）。次に、該超音波ビームを超音波受信部２ａ，２ｂにて受信した場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、それぞれの超音波ビームの伝播時間を計測する（Ｓ１３）。そして、これら伝播時間に基づいて、流速補正値を算出し（Ｓ１４）最終的な流量，流速（流量分布情報）を算出する（Ｓ１５）。
【００５７】
図１１を用いて、超音波ビーム（ＳＷ２：α，ＳＷ４：β）の放射タイミングについて説明する。例えば、制御回路部１Ｅに含まれ、水晶発振子を含む発振回路（図示せず）から出力される１ＭＨｚのクロック信号を基準として、まず、超音波ビームＳＷ２（αビーム）を放射する。続いて、マイコンあるいはカウンタ回路で該クロック信号をカウントし、例えば１０カウントのような、カウンタ値が予め定められた値（ｔｒ）となった場合に、超音波ビームＳＷ４（βビーム）を放射する。
【００５８】
超音波ビームＳＷ４は、超音波ビームＳＷ２が放射されてからｔｒ時間後に放射され、超音波ビームＳＷ２が受信されてからｔｄ時間後に受信される。超音波ビームＳＷ２とＳＷ４との伝播長が同じであっても、伝播経路が異なるので、流路における流量，流速の影響も相まって、必ずしもｔｒ＝ｔｄとはならない。
【００５９】
図１２および図１３を用いて、超音波送受信部と反射部材の構成の別例を説明する。超音波送受信部２ａ，２ｂは、流路形成部３に対して直角に近くなるように取り付けられている。また、反射部材３１にはビーム導入開口部３１ｈ３が設けられ、これら超音波送受信部２ａから放射される超音波ビームが通過可能なようになっている。そして、反射部材３２には、ビーム導入開口部３１ｈ３を通過した超音波ビームが開口部３１ｈへ向かうように取り付け角度が調整された反射板３２ｒが設けられている。同様に、超音波送受信部２ｂに対応して、ビーム導入開口部３２ｈ３，反射板３１ｒが設けられている。
【００６０】
上記構成によっても、流路中央領域３Ｗを通過する総伝播長が壁面の導波空間３Ｃを通過する総伝播長よりも長くなる第一伝播経路（β）と、流路中央領域３Ｗを通過する総伝播長が壁面内接領域３Ｃ，３Ｃ’を通過する総伝播長よりも短い第二伝播経路（α）を形成することができる。
【００６１】
図１４および図１５を用いて、超音波送受信部と反射部材の構成の別例を説明する。本構成は、図１２および図１３の変形例である。反射板３１ｒ，３２ｒが流路方向に２分割されている。反射板３１ｒは第二伝播経路（α）を形成するような角度θ１をもつ反射板３１ｒ１と、第一伝播経路（β）を形成するような角度θ２をもつ反射板３１ｒ２とにより構成されている。また、反射板３２ｒも同様に反射板３２ｒ１と反射板３２ｒ２とにより構成されている。
【００６２】
超音波送信部２ａからは同時に超音波ビームが放射され、それぞれ僅かに異なる角度θ１，θ２をもって取り付けられた反射板３２ｒで反射し、互いに異なるＬ２，Ｌ１を有する第一伝播経路（β），第二伝播経路（α）を多重反射しながら伝播しつつ、流路幅方向を二分する形で互いに別々で、反射板３２ｒと等しい角度θ１，θ２をもって取り付けられた反射板３１ｒにより反射され、互いの行路差ΔＬにより、一定の時間差（遅延時間）Δｔをもって受信側の超音波受信部２ｂで受信される。
【００６３】
図１２から図１５の構成では、超音波送受信部が流体の流れ方向に垂直となるように、すなわち超音波送受信部の放射面の法線方向が流体の流れ方向と直交する取り付け配置となるように配置されるので、流体が淀む箇所２ｄ（図１参照）をなくすことができるので、正確な流速が算出でき、高精度な流量を演算できる。
【００６４】
そして、一定の時間を有して伝播し受信されるそれぞれ順方向および逆方向の超音波ビームの送受信による伝播時間計測結果、あるいは時間計測情報から演算し算出した流速結果に基づき、流路内を流れる流量による流速分布のパターンを把握し分析することで、流路を流れる流体の流量を演算し算出することができる。例えば、図１５において、第二伝播経路の伝播長Ｌ１≒１３９．９９ｍｍ，第一伝播経路の伝播長Ｌ２≒１１６．１５ｍｍ，行路差Ｌ≒２２．８４ｍｍのとき、２つの超音波ビームを受信する時間差Δｔ≒６７．１８μｓ（音速Ｃ＝３４０ｍ／ｓのとき）となる。また、本構成では、遅延回路や、基準クロックが不要となり、低コスト化を図ることができる。
【００６５】
図１６を用いて、流量分布情報に含まれる流速分布情報の算出について説明する。これは、超音波ビームの第一伝播経路（破線部）における伝播時間である第一伝播時間と、第二伝播経路（実線部）における伝播時間である第二伝播時間の計測結果と流速情報とに基づいて、流速分布を算出するものである。第二伝播経路の順方向伝播時間をＴｊ１，逆方向伝播時間をＴｇ１とし、第一伝播経路の順方向伝播時間をＴｊ２，逆方向伝播時間をＴｇ２とする。上述の方法で、伝播時間計測結果から算出されるそれぞれの第二伝播経路を伝播する超音波ビームの状態から算出される流速を、Ｖｗ（第二伝播経路），Ｖｃ（第一伝播経路）とする。そして、それぞれの伝播経路を伝播し得られた伝播時間結果の比の値：Ｔｊ２／Ｔｊ１＝αおよび、Ｔｇ２／Ｔｇ１＝βの大小関係に基づいて、あるいは伝播時間計測から演算し算出した流速の比の値：Ｖｃ／Ｖｗ＝ζを比較し、その大小関係に基づいて、流路高さ方向における流速分布のパターンを推定し、流量域を予測し、流量を算出することが可能である。
【００６６】
図１６において、流速パターン１（層流域１）による伝播時間結果の比の値α，βをα１，β１とし、流速パターン２（層流域２）によるα，βをα２，β２とし、更に、流速パターン３（乱流域）によるα，βをα３，β３とすれば、その大小関係は、α１（β１）＞α２（β２）＞α３（β３）≒１の関係となり、それぞれの比の値により、流量域による流速分布パターンを把握でき、妥当な流速分布を算出することで流量を算出できる。なお、エリアＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、上部壁面内接領域３Ｃ，流路中央領域３Ｗ，下部壁面内接領域３Ｃ’に相当する。
【００６７】
流量域の把握は、２種類のビームパターンより計測されたそれぞれの伝播時間から算出した流速値とし、その流速の大小関係から流量域を予測してもよい。即ち、流速分布パターン１（層流域１），２（層流域２），３（乱流域３）における、超音波ビームパターン１（第一伝播経路）による流速：Ｖｃ、超音波ビームパターン２（第二伝播経路）による流速：Ｖｗとすると、
Ｖｃ＝｛Ｌ／（２・ｃｏｓθ）｝・（１／Ｔｊ１−１／Ｔｇ１）
Ｖｗ＝｛Ｌ／（２・ｃｏｓθ）｝・（１／Ｔｊ２−１／Ｔｇ２）
その大小関係により流量域を予測し、妥当な流速を決定するようにしてもよい。
【００６８】
すなわち、
・Ｖｃ＞Ｖｗのときは層流域であると推定でき、そのときのＶｃ／Ｖｗの値により妥当な流速を決定する。
・Ｖｃ／Ｖｗ≒１であれば、乱流域であると推定でき、妥当な流速を決定する。層流域１の分布パターンの場合での流速比をＶｃ１／Ｖｗ１，層流域２の分布パターンの場合での流速比をＶｃ２／Ｖｗ２，乱流域３の分布パターンの場合での流速比をＶｃ３／Ｖｗ３とすれば、（Ｖｃ１／Ｖｗ１）＞（Ｖｃ２／Ｖｗ２）＞（Ｖｃ３／Ｖｗ３）≒１の関係となり、流速比のオーダーにより現在の流量域が把握でき、現在での妥当な流速を算出できる。
【００６９】
なお、流量域の把握は、予め記憶されたデータと比較し、データの範囲に適合した値に応じた流量域を判定し、流量域で妥当な係数を割り振ることで、流速を算出し流量を演算することにより行うことができる。以下、図１７を用いてその詳細を説明する。
【００７０】
第一伝播経路（破線部），第二伝播経路（実線部）に分かれて伝播する超音波ビームにより計測された各伝播時間から算出された流速を、それぞれＶｃ，Ｖｗとすると、これらＶｃ，Ｖｗの大小関係および比の値により流量域を予測し、妥当な流速を決定する。Ｖｃ＞Ｖｗの時は層流域の流量域であり、Ｖｃ／Ｖｗの値により、妥当な流速係数を決定し、平均流速を算出することで、流量を演算し流量を算出できる。またＶｃ≒Ｖｗであれば乱流域と把握でき、係数なしに平均流速を決定することができる。
【００７１】
乱流に関する速度分布はピーク速度がほぼ平均速度となるため、基本的には補正係数を用いないが、Ｖｃ／Ｖｗの値に応じて乱流域に切替わるまで妥当な補正係数を割り振ることで、流量域に関わらず、平均流速を算出し流量を演算し算出することが可能である。
【００７２】
図１７のように、流速分布に応じて、例えば、実線のような中心が最大で、中心から対称な速度分布パターン（層流域での流速分布パターン１）の場合、エリアＢ（流路中央領域３Ｗ）の中央部で流速の速い位置に寄与するように、中央部を優先的に多重反射しながら伝播する第一伝播経路の伝播時間に基づいて算出された流速Ｖｃと、流路の壁面に接し、流速が中央部（流路中央領域３Ｗ）に比べて遅いエリアＡ（上部壁面内接領域３Ｃ），エリアＣ（下部壁面内接領域３Ｃ’）を優先的に多重反射しながら伝播する第二伝播経路の伝播時間に基づいて算出された流速Ｖｗとの比Ｖｃ／Ｖｗ＝ζ１とする。また、点線での流速分布パターン（層流域での流速分布パターン２）の場合、Ｖｃ／Ｖｗ＝ζ２とする。
【００７３】
このとき、ζ１，ζ２の大きさに比例した補正係数をそれぞれΦ１，Φ２とすれば、層流域での流速分布パターン１における平均流速Ｖ１はＶ１＝Φ１・（Ｖｃ＋Ｖｗ）／２，層流域での流速分布パターン２における平均流速Ｖ２はＶ２＝Φ２・（Ｖｃ＋Ｖｗ）／２として算出できる。
【００７４】
あるいは、Ｖ１＝Φ１’・Ｖｃ，Ｖ２＝Φ２’・Ｖｃとして算出することも可能である。但し、Φ１’，Φ２’はζ１，ζ２に比例した別の補正係数である。
無論、Ｖｗに新たな補正係数を付与した式（Ｖ１＝Φ１’・Ｖｗ，Ｖ２＝Φ２’・Ｖｗ）で平均流速を算出するようにしてもよい。
【００７５】
なお、Φ１，Φ２は、流体の種類や、流路の形状・寸法等で変化させることも可能である。
【００７６】
上述のように、流路高さ方向で互いに伝播経路が異なる２種類の超音波ビームパターンによる、流速比のオーダーに応じて、分布パターンを推定し、流速分布パターンに応じて妥当な補正係数を割り振ることにより、平均流速を算出し流量を算出することができる。
【００７７】
同様に、ガス種が都市ガス１３Ａの時、ζ１，ζ２の大きさに比例した補正係数をそれぞれΦ５，Φ６とすれば、層流域での流速分布パターン１における平均流速Ｖ１はＶ１＝Φ５・（Ｖｃ＋Ｖｗ）／２，層流域での流速分布パターン２における平均流速Ｖ２はＶ２＝Φ６・（Ｖｃ＋Ｖｗ）／２として算出できる。あるいはＶ１＝Φ５’・Ｖｃ，Ｖ２＝Φ６’・Ｖｃとして算出することも可能である。（但し、Φ５’，Φ６’はζ１，ζ２に比例した別の補正係数である。）無論、別の補正係数を用いて、Ｖｗに対する補正として流速（Ｖ１＝Φ５’・Ｖｗ，Ｖ２＝Φ６’・Ｖｗ）を算出するようにしてもよい。このように、ガスの種類で変化する微妙な流速分布の相異に応じて、妥当な値となるよう補正係数を変化させることで、流速分布に関わらず平均流速を算出し流量を演算し算出することができる。
【００７８】
また、超音波送受信部（２ａ，２ｂ）を構成する圧電素子において、圧電素子ブロック数を増加させてもよい。図１８に、圧電素子ブロック数を３とした場合の構成を示す。図１８例では、各圧電素子ブロックは２つのスリットＳＬによって分割されているが、各圧電素子ブロックが独立した構成としてもよい。
【００７９】
圧電素子ブロック２ａ１から放射された流路幅方向超音波ビームαは第二伝播経路（破線）を伝播する。また、圧電素子ブロック２ａ２から放射された流路幅方向超音波ビームβは第一伝播経路（実線）を伝播する。加えて、圧電素子ブロック２ａ３から放射された流路幅方向超音波ビームγは、上部壁面内接領域３Ｃおよび中央部の流路中央領域３Ｗを多重反射する経路（二点鎖線）を伝播する。本構成では、流路の上・中部を比較的多数のパスが伝播するような構成とすることで、流路上部に流速分布の偏りがより多く発生するような場合において、より細かく流量分布状態の把握が可能となる。
【００８０】
そして、超音波ビームαによる伝播時間に対する超音波ビームβによる伝播時間の比の値、また超音波ビームαによる伝播時間に対する超音波ビームγによる伝播時間の比の値、さらには超音波ビームβによる伝播時間に対する超音波ビームγによる伝播時間の比の値というように、異なる３つの伝播時間の比の値、もしくは、これらの伝播時間から算出した３つの流速比の値に応じて、流速比のオーダーに応じて、分布パターンを推定し、流速分布パターンに応じて妥当な補正係数を割り振ることにより、平均流速を算出し流量を算出することも可能である。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の超音波流量計の一例に係る全体構成を示す模式図。
【図２】超音波流量計の、流量計本体の内部構造を示す断面斜視図。
【図３】超音波送受信部の構成例を示す図。
【図４】図３に続く、超音波送受信部の構成を示す図。
【図５】図３，図４の超音波送受信部の取り付け例を示す図。
【図６】図３，図４の超音波送受信部の取り付け例を示す図。
【図７】超音波送受信部の構成の別例を示す図。
【図８】マイコンの構成を示すブロック図。
【図９】流量の計算方法を示す図。
【図１０】流量分布情報出力処理を説明するフロー図。
【図１１】超音波ビームの放射タイミングについて説明する図。
【図１２】超音波送受信部と反射部材の構成の別例を示す図。
【図１３】図１２に続く、超音波送受信部と反射部材の構成の別例を示す図。
【図１４】超音波送受信部と反射部材の構成の別例を示す図。
【図１５】図１４に続く、超音波送受信部と反射部材の構成の別例を示す図。
【図１６】流量分布情報に含まれる流速分布情報の算出を説明する図。
【図１７】流量域で妥当な係数を割り振ることで流速を算出し流量を演算する方法を示す図。
【図１８】超音波送受信部の構成の別例を示す図。
【図１９】反射部の厚みと超音波透過率との関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８３】
１    超音波流量計
１Ｅ  制御回路部（伝播時間計測手段，流量分布情報算出手段，流量分布情報出力手段，流速算出手段，流速分布補正係数算出手段，流速補正手段）
２ａ  超音波送受信部（第一の超音波送受信部対）
２ｂ  超音波送受信部（第二の超音波送受信部対）
２ａ１，２ａ２  圧電素子ブロック（圧電体）
３    流路形成部
３Ｃ  上部壁面内接領域
３Ｃ’  下部壁面内接領域
３Ｐ  流路
３Ｗ  流路中央領域
１１    マイコン
３１    反射部材（第一反射部材）
３１ｈ１  ビーム導入開口部（第一貫通部）
３１ｈ２  ビーム導入開口部（第三貫通部）
３１ｈ３  ビーム導入開口部
３２    反射部材（第二反射部材）
３２ｈ１  ビーム導入開口部（第二貫通部）
３２ｈ２  ビーム導入開口部（第四貫通部）
３２ｈ３  ビーム導入開口部
ＧＦ      被測定流体
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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