(57)【要約】  【課題】超音波流量計の測定精度の向上及びコストの低減化を図る。  【解決手段】流体を通過させる測定管３３と、該測定管内に間隔をおいて設けられた一対の円環状圧電素子３５であって、超音波を送受信する円環状圧電素子と、前記円環状圧電素子の受信側の出力により前記測定管内の流量を演算する流量演算部３９ｂと、を備えた超音波流量計であって；前記円環状圧電素子の外周面３５ａは、前記測定管の内周面３３ａに直接、又は、防振支柱４０を介して間接に、固定されている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させる測定管と、該測定管内に間隔をおいて設けられた一対の圧電素子であって、超音波を送受信する円環状圧電素子と、前記円環状圧電素子の受信側の出力により前記測定管内の流量を演算する流量演算部と、を備えた超音波流量計であって；
前記円環状圧電素子の外周面は、前記測定管の内周面に直接、又は、防振支柱を介して間接に固定されていることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記円環状圧電素子は、流線型に形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記円環状圧電素子の振動モードは、厚み方向振動であることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
サンプリング用配管に接続されている煙検出部と、該サンプリング用配管にサンプリング用空気を吸引させるファンと、を備える煙検知システムにおいて；
前記煙検知部の一次側、又は、二次側に、前記請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波流量計が設けられ、該超音波流量計の検出出力に基づいて前記ファンを制御することを特徴とする煙検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火災報知設備等に用いられる、超音波流量計及びそれを用いた煙検知システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計は、２個の環状超音波振動子を、被測定体を流す測定管により貫通されて前記測定管に接触するように所定距離を隔てて設けられ、前記２個の環状超音波振動子を一方が超音波送信機、他方が超音波受信機として相互に作動させ、被測定流体の上流側の環状圧電体を超音波送信機としたときの下流方向超音波伝播時間と、被測定流体の下流側の環状圧電体を超音波送信機とした時の上流方向の超音波伝播時間を測定して流速を算出している（例えば、特許文献１、参照）。
【０００３】
更に述べると、前記超音波流量計では、各温度における音速及び密度の校正用流体を使用して既知の流速における下流方向超音波伝播時間Ｔ１及び上流方向超音波伝播時間Ｔ２を各温度で測定し、測定管の振動を考慮に入れた上流方向を下流方向の平均伝播時間Ｔ０の式及び上流方向と下流方向の伝播時間の差ΔＴの式によって、これらの式における被測定流体の種類に無関係な当該流量計固有の定数を各温度において求めて収納した記憶装置と、被測定流体の測定温度における密度及び前記記憶装置に収納された測定温度における前記流量計固有の定数を、前記平均伝播時間Ｔ０の式及び伝播時間の差Δの式に入れて流速を求めるものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６５９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来例の超音波流量計は、測定管の外側に環状圧電体を取り付けているので、測定管の径が大きくなるにつれ、環状圧電体（超音波振動子）の外径も大きくなり、コストアップとなる。また、前記一対の環状圧電体は、交互に超音波送信機となったり、超音波受信機となったりするが、外部に露出しているので、外部環境の影響を受け、精度の高い測定が出来ないことがある。
【０００６】
この発明は、上記事情に鑑み、超音波流量計の測定精度の向上及びコストの低減化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、流体を通過させる測定管と、該測定管内に間隔をおいて設けられた一対の圧電素子であって、超音波を送受信する円環状圧電素子と、前記円環状圧電素子の受信側の出力により前記測定管内の流量を演算する流量演算部と、を備えた超音波流量計であって；前記円環状圧電素子の外周面は、前記測定管の内周面に直接、又は、防振支柱を介して間接に固定されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明の前記円環状圧電素子は、流線型に形成されていることを特徴とする。また、この発明の前記円環状圧電素子の振動モードは、厚み方向であることを特徴とする。
【０００９】
この発明は、サンプリング用配管に接続されている煙検出部と、該サンプリング用配管にサンプリング用空気を吸引させるファンと、を備える煙検知システムにおいて；前記煙検知部の一次側、又は、二次側に、前記請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波流量計が設けられ、該超音波流量計の検出出力に基づいて前記ファンを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、円環状圧電素子の外周面は、前記測定管の内周面に直接、又は、防振支柱を介して間接に固定されているので、従来例に比べ、精度の高い測定ができると共に、円環状圧電素子の径も小さくなるので、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の第１実施の形態を図１〜図３により説明する。
煙検知システム１は、火災監視領域内の空気を煙検出用流体ＳＡとして吸引するサンプリングエア用配管４と、ファン３と、煙検出ユニット２と、超音波流量計３０と、を備えている。
【００１２】
煙検出ユニット２は、煙粒子による散乱光を検出する煙検出部と、該煙検出部の出力信号により火災判断する火災判別部と、を備えている(図示省略)。
【００１３】
超音波流量計３０は、両端部にフランジ３１，３１を設けた測定管３３と、該測定管３３内に同心状に設けられた一対の円環状圧電素子３５、３５と、該円環状圧電素子３５，３５の送受信を切り替える切り替え器３７と、該切り替え器３７に接続されたコンピュータ３９と、を備えている。このコンピュータ３９は、前記切り替え器３７を制御する制御部３９ａと、前記円環状圧電素子３５，３５の出力信号に基づいて流量を計算する流量演算部３９ｂと、前記流量演算部３９ｂの演算結果を記録する記憶部３９ｃと、を備えている。前記流量演算部３９ｂは、前記ファン３を制御する制御盤（図示省略）に接続されている。  
【００１４】
円環状圧電素子３５は、圧電セラミック振動子であるが、例えば、その外径Ｄは21.1mm、内径ｄは15mm、高さｈは2.85mm、共振周波数（厚み振動）は６６KHz、に形成されている。この円環状圧電素子３５の外周面３５ａは、測定管３３の内周面３３ａに密着して固定されている。前記両円環状圧電素子３５，３５は、距離Ｌだけ離間しているが、この距離Ｌは予め設定されている。なお、圧電セラミック振動子の材質は、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)やＰＶＤＦ(ポリ弗化ビニリデン)等が選択される。
【００１５】
次に本実施の形態の作動について説明する。
火災監視時には、ファン３の回転により、火災監視領域内の空気は、煙検出用流体ＳＡとして吸引されてサンプリングエア用配管４内に導入される。そして、前記煙検出用流体ＳＡは、ファン３を通って煙検出ユニット２に入る。
【００１６】
通常時：
火災が発生していない場合には、前記煙検出用流体ＳＡに煙が混じっていないので、煙検出部で散乱光が検出されないために火災判別部は火災と判断しない。そして、煙検出ユニット２から超音波流量計３０を介した前記煙検出用流体ＳＡは、火災監視領域内に排出される。
【００１７】
この時、前記超音波流量計３０は、切り替え器３７により上流側の円環状圧電素子３５と下流側の円環状圧電素子３５は、交互に荷電が繰り返され、交互に超音波送信機となり、超音波受信機となる。
【００１８】
そして、超音波受信機側の受信出力がコンピュータ３９に入力されると、流量演算部３９ｂは、イ：温度に依存しない方法、又は、ロ：温度に依存する方法（伝播時間差による計算方法）、により流量を算出し、記憶部３９ｃに記憶させると共に、その流量値を前記制御盤に送出する。
【００１９】
イ：温度に依存しない方法
流体（サンプリングエア）中の音速をｃ(m／sec)、流体の流速をｖ、２つの円環状圧電素子（超音波振動子）３５，３５間の距離をＬ（m）、下流方向Ａ１の超音波伝播時間をｔ１(m/sec)、上流方向Ａ２の超音波伝播時間をｔ２(m/sec)、とすると、次の式（１）（２）が成立する。
【００２０】
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）・・・・（１）
ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ）・・・・（２）
前記（１）式と（２）式により、
（１／ｔ１）―（１／ｔ２）＝（ｃ＋ｖ）／Ｌ−（ｃ−ｖ）／Ｌ＝２ｖ／Ｌ
よって、流体の流速ｖ（m/sec）の一般式は、
ｖ＝0.5×Ｌ×(１／t1―１／t2)・・・・（３）
【００２１】
ロ：温度に依存する方法（伝播時間差による計算方法）
上流方向Ａ１と下流方向Ａ２の伝播時間ｔ１、ｔ２の差をΔｔ、とすると、
前記（１）式と（２）式により、
ｃ》ｖ  を考慮に入れて次の式が成立する。
【００２２】
Δｔ＝ｔ２−ｔ１＝２Ｌ・ｖ／（ｃ2―ｖ2  ）≒２Ｌ・ｖ／ｃ2
よって、流体の流速ｖは、
ｖ＝（Δｔ・ｃ2）／２Ｌ・・・・（４）  
ここで、音速ｃ＝３３１．５＋０．６×Ｔ（温度）、であるから次の（５）式で近似される。
ｖ≒Δｔ・（３３１．５＋０．６×Ｔ）2／２Ｌ・・・・（５）
【００２３】
この様に流速ｖがわかれば、測定管３３の断面積Ｓとの積で流量が求まる。
前記制御盤は、前記流量演算部３９ｂから出力された流量値と設計流量値とを比較し、両者間に差が生じた場合には、ファン３の回転を制御し、サンプリングエアＳＡの吸引量を調整する。
【００２４】
火災時：
火災が発生した場合には、前記煙検出用流体ＳＡに煙が混入するので、煙検出部で散乱光が検出されて火災判別部は火災発生と判断する。また、警報装置(図示省略)が火災警報を発する。そして、通常時と同様に、煙検出ユニット２から超音波流量計３０を介した前記煙検出用流体ＳＡは火災監視領域内に排出される。
なお、超音波流量計３０は、通常時と同様に、サンプリングエアＳＡの流量を計測し、その計測結果を前記制御盤に送出している。
【００２５】
図３に於いて、超音波流量計３０は煙検出ユニット２の２次側に配置しているが、１次側に配置して良い。また、サンプリングエアＳＡを導入するサンプリングエア用配管４の構成が多様であっても、同様な効果を得られる。
【００２６】
この発明の第２実施の形態を図４により説明するが、図１〜図３と同一図面符号はその名称も機能も同一である。
この実施の形態と第１実施の形態との相違点は、円環状圧電素子３５，３５の外周面３５ａ，３５ａを、測定管３３の内周面３３ａ、３３ａに密着固定する代わりに、防振支柱４０を介して間接的に固定すること、即ち、前記円環状圧電素子３５，３５は、測定管３３の内周面３３ａ、３３aから浮いた状態で支持されていること、である。この防振支柱４０として、ナイロン、ウレタンなどの材料が用いられる。
【００２７】
この発明の実施の形態は、上記に限定されるものではなく、例えば、円環状圧電素子３５，３５は、流体損失を少なくするため、流線型状に形成しても良い。
【００２８】
又、円環状圧電素子３５，３５の振動モードは、厚み方向振動のタイプを用いることにより、双方の超音波送受信が測定管内だけの影響を考慮すれば良くなり、高精度の測定ができる。なお、厚み方向振動のタイプは、超音波送受信する面と直交する方向に振動するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第1実施の形態を示す超音波流量計の正面縦断面図である。
【図２】円環状圧電素子の縦断面拡大図である。
【図３】煙検出システムを示す図である。
【図４】本発明の第２実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      煙検出システム
２      煙検出ユニット
３      ファン
４      サンプリングエア用配管
３０    超音波流量計
３３    測定管
３３ａ  測定管の内周面
３５    円環状圧電素子
３５ａ  円環状圧電素子の外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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