(57)【要約】【課題】本発明は、流体の移動軸と同一軸線上に配置されたセンサを有する超音波流量計において、流体の流量計測精度に優れた超音波流量計を提供する。【解決手段】本発明の超音波流量計１は、両端が開口し内部に流体Ｗが流れる計測管２を備え、この計測管２に整流管３を挿入して、この計測管３の上流側と下流側には互いに対向して送受信を行うセンサ１０Ａ，１０Ｂを配置し、当該計測管２の両端には当該計測管２に連通して流体Ｗを流入させる流路２１を備えたセンサ保持ユニット２０Ａ，２０Ｂが取付けられ、これらセンサ保持ユニット２０Ａ，２０Ｂの流路２１は、一端に配管側開口２２を備え、ここから流入した流体Ｗを分流して複数の計測側開口２３から当該計測管２へ流出させるように構成される。【選択図】  図１
2009156711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口し内部に流体が流れる計測管を備え、この計測管の内部の上流側と下流側には互いに対向して送受信を行うセンサを配置し、当該計測管の上流側の開口端には当該センサを保持するとともに当該計測管に連通して当該計測管に流体を流入させる流路を備えたセンサ保持ユニットが取付けられ、このセンサ保持ユニットの流路は、一端に配管側開口を備え、当該配管側開口から流入した流体を分流して複数の計測側開口から当該計測管へ流出させるように構成され、一方当該計測管の下流側の開口端にも当該センサ保持ユニットと構成を同じくするセンサ保持ユニットが対向するようにして取付けられていることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記センサ保持ユニットの流路において、配管側開口の開口面積と計測管側開口の総開口面積とは等しいことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記センサ保持ユニットの流路の体積は、前記配管側開口から前記計測管側開口にかけて小さくなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記計測管の上流側に取付けられたセンサ保持ユニットは、前記センサを保持すべく前記計測管の延びる方向に穿設されたセンサ保持溝を備え、このセンサ保持溝は当該センサの先端を突出させた状態で保持するとともに、当該センサの送受信面を開口させた状態で当該センサの突出部分を覆う外覆部が前記センサ保持ユニットには一体成形され、この外覆部の外周は斜面形状を成しており、前記計測管側開口から流出した流体を当該外覆部の斜面に沿って前記計測管の内部に流入するように構成され、一方当該計測管の下流側の開口端にも当該センサ保持ユニットと構成を同じくするセンサ保持ユニットが対向するようにして取付けられているとを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項５】
両端が開口し内部に流体が流れる計測管を備え、この計測管には当該計測管よりも全長の短い円筒形状の整流管が挿入され、前記計測管の内部の上流側と下流側で、かつ当該整流管の外部には互いに対向して送受信を行うセンサを配置し、前記計測管の上流側の開口端には当該センサを保持するとともに当該計測管に連通して当該計測管に流体を流入させる流路を備えたセンサ保持ユニットが取付けられ、一方当該計測管の下流側の開口端にも当該センサ保持ユニットと構成を同じくするセンサ保持ユニットが対向するようにして取付けられているとを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
前記整流管は、前記計測管の内部を挿入自在で、かつ当該計測管の内部において所望の位置に滞在するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記整流管の開口縁には面取り加工が施されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記整流管は、当該整流管の上流側の開口端と上流側に配置されたセンサとの距離が当該整流管の下流側の開口端と下流側に配置されたセンサとの距離よりも大きくなるようにして前記計測管の内部に位置していることを特徴とする請求項５ないし請求項７の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記整流管は、その全長を変更可能に構成されることを特徴とする請求項５ないし請求項８の何れか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、流体の移動軸と同一軸線上に配置されたセンサを有する超音波流量計において、流体の流量計測精度に優れた超音波流量計を提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体の移動軸と同一軸線上で対向する一対のセンサを備える超音波流量計としては、特許文献１（特開平９−２１６６５号公報）に開示されたものがある。この超音波流量計は、円筒形状の計測管を備えており、この計測管の内部は、流体が流れるように構成されている。この計測管の内部において上流と下流にはそれぞれセンサが配置されており、これら一対のセンサは流体の移動軸と同一軸線上で互いに対向するように位置している。このような構成から成る超音波流量計においては、前記一対のセンサが交互に超音波を送受信して、流体の順方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間とが検知される。そして、これら順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間との逆数差（周波数差）に基づいて流体の流速が算出され、この流速を演算することによって流体の流量が算出される。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記超音波流量計においては、流体の移動経路上にセンサが配置されているため、上流側に配置されたセンサの前方と後方とでは圧力差が生じる。そのため、当該センサの前方には渦が発生してしまい、正確な流量を計測することができない問題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の超音波流量計においては、両端が開口し内部に流体が流れる計測管を備え、この計測管の内部の上流側と下流側には互いに対向して送受信を行うセンサを配置し、当該計測管の上流側の開口端には当該センサを保持するとともに当該計測管に連通して当該計測管に流体を流入させる流路を備えたセンサ保持ユニットが取付けられ、このセンサ保持ユニットの流路は、一端に配管側開口を備え、当該配管側開口から流入した流体を分流して複数の計測側開口から当該計測管へ流出させるように構成され、一方当該計測管の下流側の開口端にも当該センサ保持ユニットと構成を同じくするセンサ保持ユニットが対向するようにして取付けられていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の超音波流量計においては、配管側開口の開口面積と計測管側開口の総開口面積とは等しいことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の超音波流量計においては、前記センサ保持ユニットの流路の体積は、前記配管側開口から前記計測管側開口にかけて小さくなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の超音波流量計においては、前記計測管の上流側に取付けられたセンサ保持ユニットは、前記センサを保持すべく前記計測管の延びる方向に穿設されたセンサ保持溝を備え、このセンサ保持溝は当該センサの先端を突出させた状態で保持するとともに、当該センサの送受信面を開口させた状態で当該センサの突出部分を覆う外覆部が前記センサ保持ユニットには一体成形され、この外覆部の外周は斜面形状を成しており、前記計測管側開口から流出した流体を当該外覆部の斜面に沿って前記計測管の内部に流入するように構成され、一方当該計測管の下流側の開口端にも当該センサ保持ユニットと構成を同じくするセンサ保持ユニットが対向するようにして取付けられているとを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の超音波流量計においては、両端が開口し内部に流体が流れる計測管を備え、この計測管には当該計測管よりも全長の短い円筒形状の整流管が挿入され、前記計測管の内部の上流側と下流側で、かつ当該整流管の外部には互いに対向して送受信を行うセンサを配置し、前記計測管の上流側の開口端には当該センサを保持するとともに当該計測管に連通して当該計測管に流体を流入させる流路を備えたセンサ保持ユニットが取付けられ、一方当該計測管の下流側の開口端にも当該センサ保持ユニットと構成を同じくするセンサ保持ユニットが対向するようにして取付けられているとを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の超音波流量計においては、前記整流管は、前記計測管の内部を挿入自在で、かつ当該計測管の内部において所望の位置に滞在するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の超音波流量計においては、前記整流管の開口縁には面取り加工が施されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の超音波流量計においては、当該整流管の上流側の開口端と上流側に配置されたセンサとの距離が当該整流管の下流側の開口端と下流側に配置されたセンサとの距離よりも大きくなるようにして前記計測管の内部に位置していることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の超音波流量計においては、前記整流管の全長が変更可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の超音波流量計によれば、当該計測管の内部に流体が満遍なく流れ込み、計測管の内部において流体が滞るエリアが発生しないので、流量の計測精度が向上する。
【００１５】
請求項２に記載の超音波流量計によれば、配管側開口から流出する流体の流量を一定にすることができる。
【００１６】
請求項３に記載の超音波流量計によれば、配管側開口から流出する流体の流速を一定にすることができる。
【００１７】
請求項４に記載の超音波流量計によれば、配管側開口から流出した流体は、滑らかに計測管の内部へ流れ込むので、計測管内部での渦の発生を防止することができる。
【００１８】
請求項５に記載の超音波流量計によれば、計測管の内部を流れる流体を層流に保つことができる。
【００１９】
請求項６に記載の超音波流量計によれば、被計測流体の流動性質に応じて計測管の内部における整流管の滞在位置を所望の位置に設定することができ、いかなる種類の被計測流体であっても高精度の流量検出が可能になる。
【００２０】
請求項６に記載の超音波流量計によれば、流体が整流管の開口端を通過する際、渦の発生を防止することができる。
【００２１】
請求項７に記載の超音波流量計によれば、上流側にある流体が下流側に過度に流れることがなくなり、計測管および整流管を流れる流体の流量および流速を一定に保つことができる。
【００２２】
請求項８に記載の超音波流量計によれば、被計測流体の流動性質に応じて整流管の長さを設定することができ、いかなる種類の被計測流体であっても計測管および整流管を流れる流体を層流に保つことができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の超音波流量計は、この両端に流体の流れる配管（図示せず）を連結させて、当該超音波流量計に流体を流入し、この流体の流量を計測するものである。
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図２において、１は超音波流量計であり、この超音波流量計１は円筒形状の計測管２を備えており、この計測管２は一方の開口から他方の開口にかけて被計測流体Ｗ（以下、被計測流体Ｗを流体Ｗという）が移動するように構成されている。この計測管２には、当該計測管２よりも全長が短く形成された円筒形状の整流管３が挿入され、当該計測管２の内周面と当該整流管３の外周面とは全面に渡って接するようになっている。また、この計測管２の内部の上流側には前記整流管３の上流側の開口端と間隔Ｈ１をおいてセンサ１０Ａが配置されており、一方当該計測管２の内部の下流側には当該整流管３の下流側の開口端と間隔Ｈ２（Ｈ１＞Ｈ２）をおいてセンサ１０Ｂが配置されている。これらセンサ１０Ａ，１０Ｂは前記計測管２および整流管３の内部を流れる流体Ｗの移動軸と同一軸線上で互いに当該センサ１０Ａの送受信面１０ａとセンサ１０Ｂの送受信面１０ｂとを対向させて超音波を送受信するように構成されている。
【００２５】
また、前記計測管２には当該計測管２の外周面と内周面とを貫くようにして雌ねじ穴２ａが２箇所に形成されており、この雌ねじ穴２ａには係止部材２ｂが螺合されている。また、前記整流管３にはこの外周面を切欠くようにして案内溝３ａが形成されており、この案内溝３ａには前記係止部材２ｂの先端が挿入されている。そのため、前記計測管２に前記整流管３を所望の位置まで挿入し、この位置で前記係止部材２ｂを締付けると、当該係止部材２ｂの先端が前記案内溝３ａの底面を押圧し、当該整流管３は位置決めされる。つまり、本発明の超音波流量計１は、前記整流管３を前記計測管２の内部でスライドさせて、当該整流管３の滞在位置が決定されるように構成されている。
【００２６】
また、図１に示すように、前記計測管２の上流側の開口端には前記センサ１０Ａを保持するとともに当該計測管２に連通する流路２１を備えたセンサ保持ユニット２０Ａが取付けられており、このセンサ保持ユニット２０Ａの流路２１は、一端に当該流路２１に流体Ｗを流入する配管側開口２２を備え、他端には当該流体Ｗを前記計測管２に流入する計測管側開口２３を備えている。この配管側開口２２には前記配管が連結され、前記センサ保持ユニット２０の流路２１に流体Ｗが流入するようになっている。一方前記計測管２の下流側の開口端にも、図２に示すように、前記センサ保持ユニット２０Ａと構成を同じくするセンサ保持ユニット２０Ｂが前記センサ１０Ｂを保持すべく取付けられており、これらセンサ保持ユニット２０Ａ，２０Ｂは互いに対向するようにして配置されている。
【００２７】
本発明の超音波流量計１においては、図２に示すように、前記計測管２および整流管３の内部領域を流れる流体Ｗの順方向（図に示す矢印方向）の伝搬時間と逆方向の伝搬時間とは、当該流体Ｗの移動方向と同軸線上に対向して配置されたセンサ１０Ａ，１０Ｂによって検知される。そして、これら順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間との逆数差（周波数差）から流体Ｗの流速が算出され、この流速を演算して流体Ｗの流量が算出される。
【００２８】
前記計測管２および整流管３の内部領域には流体Ｗが流されるようになっており、一方の計測管２の開口から流入した流体Ｗは、当該整流管３の内部領域を通過し、他方の計測管２の開口から流出するようになっている。また、この整流管３は、図１および図２に示すように、当該整流管３の開口縁に面取り加工を施して形成される面取り部３ｂを備えており、この面取り加工によって、当該整流管３の開口縁には最も外郭に位置する外側開口縁３ｃが形成される。
【００２９】
前記センサ保持ユニット２０Ａ，２０Ｂは、図１および図２に示すように、センサ保持溝３１を備えたセンサハウジング３０と円柱形状の蓋体４０とから構成されており、当該センサハウジング３０の一端は前記計測管２の開口端に取付けられ、当該センサハウジング３０の他端には当該蓋体４０が取付けられている。
【００３０】
前記センサハウジング３０は、図１に示すように、前記計測管２の中心軸と同一軸線上に延びるセンサ保持溝３１を備えており、このセンサ保持溝３１は、当該センサハウジング３０の両側面を貫くように穿設して形成されている。また、図１および図３に示すように、このセンサハウジング３０には当該センサ保持溝３１の延びる方向と同一方向に延びる４本の第１の流路２１Ａが当該センサハウジング３０の両側面を貫くようにして穿設されている。これら第１の流路２１Ａは、当該センサ保持溝３１の周囲に位置しており、互いに等間隔をおいて配置されている。この第１の流路２１Ａの前記計測管側の開口が前述の計測管側開口２３に相当し、ここから流体Ｗが前記計測管２に流れ込むようになっている。さらに、図１に示すように、前記センサハウジング３０のセンサ保持溝３１は前記センサ１０Ａを前記計測管側開口２３から計測管側に突出させた状態で保持するように構成されており、このセンサ１０Ａの突出部分の周面を覆う外覆部３２が当該センサハウジング３０には一体成形されている。この外覆部３２の外周においては傾斜面３２ａを備えており、この傾斜面３２ａは前記４個の計測管側開口２３に内接する円と当該センサ１０Ａの送受信面１０ａの縁とを結ぶ斜面形状を成している。
【００３１】
また、図１に示すように、前記第１の流路２１Ａの中心線Ｌ上には前記整流管３の面取り部３ｂの外側開口縁３ｃが位置しており、計測管側開口から流出した流体Ｗは前記センサ１０Ａの送受信面１０ａの前方で滞留することなく、当該整流管３の内部へ流れ込むようになっている。
【００３２】
前記蓋体４０は、図１に示すように、前記センサハウジング３０の第１の流路２１Ａに連通する第２の流路２１Ｂと、この第２の流路２１Ｂに連通するとともに前記センサ保持ユニット１０Ａの配管側開口２２を備える第３の流路２１Ｃとを備えている。この第２の流路２１Ｂは、図４に示すように、環状を成すとともに前記第１の流路２１Ａに連通するように構成されており、図１に示すように、前記蓋体４０のセンサハウジング３０側の側面から内部にかけて所定深さまで穿設されている。一方前記第３の流路２１Ｃは、図５に示すように、前記環状の第２の流路２１Ｂに連通するとともにこれと同一形状の環状路２２Ｃと、この環状流路２２Ｃの中心から四方向に延びるとともに当該環状流路２２Ｃに交差して前記蓋体４０の外周面を貫く十字流路２３Ｃとから構成されている。この十字流路２３Ｃの開口部分は弾性体４１によって塞がれており、当該第３の流路２１Ｃを流れる流体Ｗが外部に漏れるのを防止するようになっている。また、図１に示すように、この蓋体４０の配管側の側面から前記第３の流路２１Ｃの十字流路２３Ｃが交差する部分にかけては配管接続孔４２が穿設されており、この配管接続孔４２と当該流路２１Ｃの十字流路２３Ｃが交差する面が前述の配管側開口２２に相当する。さらに、図５に示すように、前記配管側開口２２は、その開口面積が、図３に示す４個の計測管側開口２３の総開口面積と等しくなるように形成されている。なお、本発明の超音波流量計１においては、前記計測管側開口２３を４個でなく複数個形成した場合においても、当該複数個の計測管側開口２３の総開口面積と前記配管側開口２２の開口面積とを等しく形成することが望ましい。
【００３３】
以下、本発明の超音波流量計１の作用を流体の流れに沿って説明する。本発明の超音波流量計１においては、図１に示すように、前記センサ保持ユニット２０Ａの配管側開口２２から流入した流体Ｗは、前記第１の流路２１Ａと第２の流路２１Ｂと第３の流路２１Ｃとからなる流路２１を第３の流路２１Ｃ、第２の流路２１Ｂ、第１の流路２１Ａの順に流れる。この第３の流路２１Ｃに続いて前記第２の流路２１Ｂに到達した流体Ｗは、分流して前記第１の流路２１Ａに流れ込み、この第１の流路２１Ａの一端に形成された複数の計測管側開口２３から流出するため、満遍なく計測管２の内部へ流出する。また、これら第１の流路２１Ａ、第２の流路２１Ｂおよび第３の流路２１Ｃの断面積は、図３ないし図５に示すように、上流側の第３の流路２１Ｃ、第２の流路２１Ｂ、下流側の第１の流路２１Ａの順に小さくなるように構成されており、これら第３の流路２１Ｃ、第２の２１Ｂ、第１の２１Ａの内部圧力においては、上流側の第３の流路２１Ｃ、第２の流路２１Ｂ、下流側の第１の流路２１Ａの順に高くなる。そのため、上流側の第３の流路２１Ｃと下流側の第１の流路２１Ａの内部とには圧力差が生じ、図１に示す前記計測管側開口から流出する流体の流速が一定の速度に保たれる。しかも、前記配管側開口２２の開口面積と４個の前記計測管側開口２３の総開口面積とは同一に構成されているので、この計測管側開口２３から流出する流量は前記流路２１の下流状態に依存せず、本発明の超音波流量計１は、当該計測管側開口２３から一定流量を流出可能である。この計測管側開口２３から流出した流体Ｗは、前記外覆部３２の傾斜面３２ａに沿って滑らかに流れるので、前記計測管２の内部での渦の発生を防止することができる。
【００３４】
また、前記第１の流路２１Ａの中心線Ｌ上には前記整流管３の面取り部３ｂの外側開口縁３ｃが位置しており、配管側開口２３から流出した流体Ｗは、前記センサハウジング３０と整流管３とで囲まれる領域Ｄ１に滞在することなく当該整流管３の内部へ流入するようになっている。しかも、この整流管３は、当該整流管３の開口縁に面取り加工を施して形成される面取り部３ｂを備えているので、前記計測管側開口２３から流出し、当該整流管の開口端付近に到達した流体Ｗは、滑らかに整流管３の内部へ流れ込むようになっている。
【００３５】
続いて、前記整流管３の内部を流れた流体Ｗは、当該整流管３の下流側の開口端と下流側のセンサハウジング３０とで囲まれる領域Ｄ２に到達する。ここで、下流側に配置されたセンサ１０Ｂと前記整流管３の下流側の開口端との間隔Ｈ２は、上流側に配置さえたセンサ１０Ａと当該整流管３の上流側の開口端との間隔Ｈ１に比べて小さくなるように設定されている。これにより、前記領域Ｄ１にある流体Ｗが、領域Ｄ２に過度に流れ込むことがなくなる。そのため、前記計測管２および整流管３を流れる流体Ｗの流れは乱れることがないので、前記センサ１０Ａ，１０Ｂは安定して流体Ｗの順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを検知することができる。これらの作用によって本発明の超音波流量計１においては高精度の流量検出が可能である。
【００３６】
以下、本発明の超音波流量計１の他の実施形態を説明する。図６に示す超音波流量計１’においては、前記整流管３と異なる構成の整流管３’を備えている。この整流管３’は、その全長を変更可能に構成されており、具体的には、前記整流管３を左右に等分割してその間にリング部材５０を介在させるるように構成されている。このリング部材５０の内径および外径は前記整流管３’と同一に形成されており、当該リング部材５０を追加することによって、当該整流管３’の全長を所望の長さに決定することが可能である。そのため、本発明の超音波流量計１では、被計測流体Ｗの流動性質に応じて整流管３’の長さを決定すれば、いかなる種類の被計測流体Ｗであっても高精度の流量検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の超音波流量計の要部拡大断面図である。
【図２】本発明の超音波流量計の一部切欠断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本発明の超音波流量計の他の実施形態を示す一部切欠断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  超音波流量計
２  計測管
２ａ  雌ねじ穴
２ｂ  係止部材
３  整流管
３ａ  案内溝
３ｂ  面取り部
３ｃ  外側開口縁
１０Ａ  センサ
１０ａ  送受信面
１０Ｂ  センサ
１０ｂ  送受信面
２０Ａ  センサ保持ユニット
２０Ｂ  センサ保持ユニット
２１  流路
２１Ａ  第１の流路
２１Ｂ  第２の流路
２１Ｃ  第３の流路
２２Ｃ  環状流路
２３Ｃ  十字流路
２２  配管側開口
２３  計測管側開口
３０  センサハウジング
３１  センサ保持溝
３２  外覆部
３２ａ  傾斜面
４０  蓋体
４１  弾性体
４２  配管接続孔
５０  リング部材
【図１】
2009156711.tif 000003
【図２】
2009156711.tif 000004
【図３】
2009156711.tif 000005
【図４】
2009156711.tif 000006
【図５】
2009156711.tif 000007
【図６】
2009156711.tif 000008