CN102549396B - 超声波流量计量单元 - Google Patents

超声波流量计量单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种消除了与计量性能相关的设计上的因素且通用性和多样性优异的超声波流量计量单元，本发明的超声波流量计量单元(19)包括：计量用流路(9)，其供流体通过；一对超声换能器(10a、10b)，其设在计量用流路(9)中；计量电路基板(12)，其计量在上述超声换能器(10a、10b)之间收发的超声波信号(11)的传播时间，计算流量，在超声换能器(10a、10b)的端子连接有压曲成某一角度的引脚(14)，在已将计量电路基板(12)安装在计量用流路(9)中后，使引脚(14)与计量电路基板(12)相连接。

Description

超声波流量计量单元
技术领域
本发明涉及一种利用超声波计量煤气、空气等流体的超声波流量计量单元。
背景技术
以往，这种超声流量计将一对超声换能器相面对地设在计量用流路上，根据超声波信号在该超声换能器之间的传播时间来测量流量，利用引线将配置有超声换能器的计量用流路部和计量传播时间而运算流量的超声计量电路部连接起来(例如参照专利文献1)。
另外，也有将安装在计量用流路部中的超声换能器气密地密封而使计量用流路单元化的超声流量计(例如参照专利文献2)。
图7表示上述专利文献1所述的以往的流量计量器。如图7所示，该流量计量器包括：计量用流路3，其借助将入口1a和出口1b分隔开的分隔壁2而安装在煤气室1内；超声换能器4、5，其隔着计量用流路3而相面对地设置；控制器6，其设在煤气室1的外部；引线7，其连接超声换能器4、5和控制器6。
专利文献1：日本特开2003-97993号公报
专利文献2：日本特开2008-227658号公报
但是，在上述以往的结构中，由于利用引线7连接控制器6和安装在计量用流路3上的超声换能器4、5，因此有如下问题，即，引线7的规格、布线结构、超声换能器4、5的安装精度、如何应对引线7的布线噪声和如何确保计量用流路3的精度等与计量性能相关的设计限制事项较多，且组装时的调整工时较多等问题。
发明内容
本发明为了解决上述以往的问题，目的在于提供一种能够使计量性能稳定以及提高设计自由度的超声波流量计量单元。
为了解决上述以往的问题，本发明的超声波流量计量单元包括：计量用流路，其供流体通过；一对超声换能器，其设在上述计量用流路中；计量电路基板，其由计量部和流量运算部构成，该计量部计量在上述超声换能器之间收发的超声波信号的传播时间，该流量运算部根据上述计量部的信号计算流量；基板保持件，其保持上述计量电路基板；引脚(lead pin)，其与上述超声换能器的端子相连接，该超声波流量计量单元中，在已将上述基板保持件载置(on board)安装在上述计量用流路上后，使上述引脚与计量电路基板相连接。
由此，能够使超声换能器的安装精度、如何应对延长引线的布线噪声、如何提高计量用流路的精度等与计量性能相关的设计事项的限制得以消除。
本发明的上述目的、其他目的、特征和优点可以参照附图，根据以下的对优选实施方式的详细说明而清楚明确。
如上所述，采用本发明起到如下效果，即，能够提供可以使计量性能稳定以及提高设计自由度的超声波流量计量单元。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中的超声波流量计量单元的结构例的剖视图。
图2的(a)是表示图1所示的超声波流量计量单元所具有的超声换能器的结构例的侧视图，(b)是(a)所示的超声换能器的俯视图。
图3是表示图1所示的超声波流量计量单元的组装时的结构例的立体图。
图4是表示使用了图1所示的超声波流量计量单元的流量计量装置的安装结构的立体图。
图5是表示使用了图1所示的超声波流量计量单元的流量计量装置的另一安装结构的立体图。
图6的(a)是表示本发明的实施方式2中的超声波流量计量单元的结构的一例的剖视图，(b)是(a)所示的超声波流量计量单元的侧视图。
图7是表示以往的超声波煤气表(gas meter)的结构例的示意性剖视图。
附图标记说明
9、计量用流路；10、10a、10b、超声换能器；14、引脚；12、计量电路基板；13、26、基板保持件；19、25、超声波流量计量单元；24、绝缘板；24a、引脚引导件。
具体实施方式
本发明的超声波流量计量单元包括：计量用流路，其供流体通过；一对超声换能器，其设在上述计量用流路中；计量电路基板，其由计量部和流量运算部构成，该计量部计量在上述超声换能器之间收发的超声波信号的传播时间，该流量运算部根据上述计量部的信号计算流量；基板保持件，其保持上述计量电路基板；引脚，其与上述超声换能器的端子相连接，该超声波流量计量单元中，在已将上述基板保持件载置安装在上述计量用流路中后，使上述引脚与计量电路基板相连接。采用该结构，能够消除超声换能器的安装精度、延长引线的布线噪声对策、计量用流路的精度等与计量性能相关的设计事项的限制。
在上述结构的超声波流量计量单元中形成为如下结构较好，即，计量电路基板形成为平板状，并且该计量电路基板与计量用流路的流体的流动方向平行地配置，超声换能器与上述计量用流路的流体的流动方向成角度地配置，引脚以其与上述计量电路基板相连接的连接端相对于上述计量电路基板垂直的那样的角度被压曲，并且该引脚在中途具有U字形的引线成形部。由此，在该超声波流量计量单元与计量电路基板直接连接时，该超声波流量计量单元能够吸收热应变。
在上述结构的超声波流量计量单元中，一对超声换能器为如下结构较好，即，该一对超声换能器同时配置在计量用流路的同一面侧，配置为自一个超声换能器发出的超声波能在上述计量用流路的内壁上反射1次而被另一个超声换能器接收。由此，通过将超声换能器集中在计量用流路的一侧，能够将超声换能器与计量电路基板的连接长度为最短距离，因此能够使计量电路基板小型化。
在上述结构的超声波流量计量单元中，基板保持件一体地具有位于上述引脚间的绝缘板较佳。由此，能够确保超声换能器的引脚间的绝缘。
在上述结构的超声波流量计量单元中，基板保持件一体地具有引脚引导件较好，该引脚引导件用于将上述引脚导入到设于上述计量电路基板的插入孔中。由此，能够容易地向计量电路基板的插入孔中插入引脚。
下面，参照附图说明本发明的实施方式。另外，本实施方式并不限定本发明。
实施方式1
图1表示本发明的第1实施方式中的超声波流量计量单元的示意性的剖视图。
如图1所示，本实施方式中的超声波流量计量单元19包括单元主体8、超声换能器10a、10b、计量电路基板12、基板保持件13和安装用凸缘18等。
超声换能器10a、10b安装在单元主体8中，以能使自一个超声换能器发出的超声波在计量用流路9的壁面9a反射1次而被另一个超声换能器接收的方式，将超声换能器10a、10b配置在计量用流路9的同一面。详细而言，一个超声换能器10a位于计量用流路9中的流体的流动方向(图中的空心箭头)的下游侧，另一个超声换能器10b位于上游侧。此外，一个超声换能器10a以超声波的收发面朝向计量用流路9中的流体的流动方向(图中的空心箭头)的上游侧的方式倾斜。另外，另一个超声换能器10b以超声波的收发面朝向流体的流动方向的下游侧的方式倾斜。因此，自一个超声换能器10a(或超声换能器10b)发出的超声波信号11在壁面9a处反射后被另一个超声换能器10b(或超声换能器10a)接收。
计量电路基板12具备：计量部(未图示)，其计量在超声换能器10a、10b之间发送或接收的超声波信号的传播时间；流量运算部(未图示)，其根据该计量部的信号计算流量，该计量电路基板12内置在基板保持件13中。基板保持件13在接合部13a处安装在单元主体8上。接合部13a是单元主体8的外表面的一部分，且位于一对超声换能器10a、10b的安装位置之间，形成为大致平坦的面。因此，借助基板保持件13安装的计量电路基板12以与计量用流路9内的流路配置方向(即，流体的流动方向)平行的方式配置。另外，与超声换能器10a、10b的端子相连接的引脚14锡焊在计量电路基板12上。由此，超声换能器10a、10b与计量电路基板12电连接。
单元主体8在内部具有计量用流路9，并且在外表面上具有凸状的换能器安装部15。换能器安装部15具有梯形的截面，上表面是接合部13a，换能器安装部15在相当于梯形的斜边的斜面上形成有用于安装超声换能器10a、10b的一对倾斜孔。这些倾斜孔自计量用流路9的外侧向内侧彼此相面对地倾斜。另外，如上所述，在倾斜孔之间设有大致平坦的接合部13a。此外，在换能器安装部15的外侧(也就是从超声换能器10a、10b看去的外侧)设有安装用凸缘18。另外，换能器安装部15和安装用凸缘18见后述。
单元主体8、计量用流路9、超声换能器10a、10b、计量电路基板12、基板保持件13和安装用凸缘18等的具体结构没有特别限定，可以较佳地使用公知的装置。另外，超声换能器10a、10b的倾斜角(即，设在单元主体8上的一对倾斜孔的倾斜角)也没有特别限定，只要是在考虑了计量用流路9的内径或单元主体8的长度的基础上，能在所安装的超声换能器10a、10b之间利用壁面9a的反射而发送以及接收超声波信号11的那样的角度即可。
图2的(a)、(b)表示图1所示的超声波流量计量单元19所具有的超声换能器10a、10b的端子和与该端子相连接的引脚14的结构。另外，由于超声换能器10a、10b的结构基本相同，因此在以下的说明中将超声换能器10a、10b总括为“超声换能器10”。
如图2的(a)所示，在超声换能器10的与收发面相反侧连接有引脚14的一端。引脚14的另一端是与计量电路基板12相连接的连接端，该另一端被压曲，其压曲角度设定为如下角度，即，在将超声换能器10安装于单元主体8时，与安装在该单元主体8上的计量电路基板12相垂直的角度。另外，引脚14与超声换能器10的端子10c(和端子10d)利用铆接部23(或焊接部)相连接。另外，在引脚14的中途设有U字形的引线成形部(leadforming)14a。
此外，如图2的(b)所示，引脚14以压曲方向是与超声换能器10的端子10c、10d的排列方向A成直角的方向B的方式安装在超声换能器10上。该引脚14的具体结构没有特别限定，可以是公知的结构，但只要是如上所述地设定压曲的角度，且将该引脚14的长度适当地设计为能锡焊在计量电路基板12上的长度即可。
图3是示意性地表示图1所示的超声波流量计量单元19的组装时的结构的立体图。在图3中，通过用虚线连结单元主体8、基板保持件13和计量电路基板12来表示组装时的结构。
如图3所示，首先，在单元主体8(在内部形成有计量用流路9)的换能器安装部15的倾斜孔中以气密状态(未图示)安装超声换能器10a、10b。然后，将装入有计量电路基板12的基板保持件13固定在单元主体8的接合部13a(换能器安装部15的上表面)上。这里，在接合部13a上设有保持用突起16，因此基板保持件13借助保持用突起16固定在接合部13a(即，单元主体8)上。然后，将引脚14插入在计量电路基板12的端子孔17中并进行锡焊。另外，在单元主体8中的换能器安装部15的周围设有安装用凸缘18。由此，组装成超声波流量计量单元19。
下面，说明以上述方式构成的超声波流量计量单元19的作用。
首先，仅通过将被计量流量导入到计量用流路9的入口中，就能计量超声波流量。另外，在本实施方式中具备以下3个结构：(i)超声换能器10a和超声换能器10b以所收发的超声波信号11在计量用流路9的壁面9a上反射1次的方式，配置在单元主体8(计量用流路9的同一面)中，(ii)使计量电路基板12(具备：计量部，其计量在超声换能器10a、10b之间收发的超声波信号的传播时间；流量运算部，其根据上述计量部的信号计算流量)与基板保持件13一并合体于单元主体8(即，计量用流路9)，(iii)超声换能器10a、10b的端子利用引脚14与计量电路基板12相连接，因此能够减小超声换能器10的安装引线的影响，利用超声波流量计量单元19吸收和一并调整计量用流路9的精度和/或与计量性能相关的设计上的因素。因此，与以往的超声流量计相比，能够实现小型化以及提高生产率。
另外，图4表示将本发明的超声波流量计量单元19用在计量装置中的情况下的应用例。
如图4所示，通过在超声波流量计量单元19上设置用于将该超声波流量计量单元19安装在气体流路20上的安装用凸缘18，能够将该超声波流量计量单元19嵌入并固定在气体流路20的插入部20a中。这里，气体流路20以使自入口20b流入的气体自出口20c排出的方式构成为壳体(气体流路壳体)，在该气体流路20的中途配置有作为开口部的插入部20a，能够将本发明的超声波流量计量单元19安装在该插入部20a中。
另外，图5表示将本发明的超声波流量计量单元19用在计量装置中的情况下的另一应用例。
如图5所示，也可以在计量装置主体21中，在气体的入口21a侧和出口21b侧之间设有将这些入口21a和出口21b分离开的壁22，隔着该壁22使入口21a和出口21b连起来的方式将本发明的超声波流量计量单元19嵌入在该计量装置主体21中。在该情况下，作为测量对象的气体自入口21a流入，经过超声波流量计量单元19的计量用流路9的流入口9b而自出口21b排出。计量装置主体21能够形成为仅利用壁22来分隔入口21a侧和出口21b侧的简单构造，可以提供入口和出口的配置自由度扩大等、多样性和通用性优异的小型及轻型的超声波流量计量单元。
这样，采用本实施方式的超声波流量计量单元19，能够消除与超声流量计量性能相关的设计上的因素和限制，提高计量精度以及提高通用性和多样性。另外，在本实施方式中，在图4和图5所示的例子中，流量的测量对象是气体，但本发明并不限定于此，只要是液体等流体即可，可以测量任意种类的流体的流量。
实施方式2
图6的(a)、(b)表示本发明的实施方式2，对于与实施方式1相同或相当的部件，标注相同的参照附图标记而省略对其重复说明。另外，在图6的(a)、(b)中，为了方便说明，省略对一部分的部件标注附图标记。
如图6的(a)的示意性剖视图所示，本实施方式的超声波流量计量单元25在基板保持件26的与超声换能器10a、10b相连接的连接面上，设有绝缘板24和引脚引导件24a。
详细而言，如图6的(b)的侧视图(只表示基板保持件26和计量电路基板12的部分的剖视图)所示，为了确保与超声换能器10a、10b相连接的2根引脚14(也参照图2的(b))间的绝缘，该引脚14之间与基板保持件26一体设有绝缘板24。另外，为了将引脚14引导到设于计量电路基板12的端子孔17中，在该端子孔17的周围设有引脚引导件24a。
采用以上那样的结构，在利用树脂成形来制造基板保持件26的情况下，能够同时形成绝缘板24和引脚引导件24a，因此能够不增加成本地确保超声换能器10b的引脚14间的绝缘，并且能够容易地向计量电路基板12的端子孔17中插入引脚14。
另外，绝缘板24和引脚引导件24a的具体结构没有特别限定，在本实施方式中，如图6的(a)、(b)所示，绝缘板24和引脚引导件24a形成为一体地设在基板保持件26上的结构，但绝缘板24和引脚引导件24a也可以是彼此独立的构件而安装在基板保持件26上。另外，绝缘板24的厚度、引脚引导件24a的突出程度等这样的尺寸也可以根据各种条件而适当地设定适合的值。
这样，在本实施方式的超声波流量计量单元25中，也能消除与超声流量计量性能相关的设计上的因素和限制，提高计量精度以及提高通用性和多样性。
对于本领域技术人员来说，能够根据上述说明清楚得知本发明的许多改良、其他实施方式。因而，应将上述说明只解释为例示作用，以将执行本发明的最佳实施方式告知本领域技术人员为目的而提供了上述说明。可以不脱离本发明的思想地对其详细的构造和/或功能进行实质性的改变。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的超声波流量计量单元能够消除与超声流量计量性能相关的设计上的因素和限制，提高计量精度以及提高通用性和多样性，因此能够较佳地使用在煤气表、工厂等的气体计量装置或各种流体的计量装置等的用途中。

Claims (5)

1.一种超声波流量计量单元，其特征在于，
该超声波流量计量单元包括：
计量用流路，其供流体通过；
一对超声换能器，其设在上述计量用流路中；
计量电路基板，其由计量部和流量运算部构成，该计量部计量在上述超声换能器之间收发的超声波信号的传播时间，该流量运算部根据上述计量部的信号计算流量；
基板保持件，其保持上述计量电路基板；以及
引脚，其与上述超声换能器的端子相连接，
在该超声波流量计单元中，在已将上述基板保持件载置安装在上述计量用流路上后，使上述引脚与计量电路基板相连接；
其中，上述计量电路基板形成为平板状，并且该计量电路基板以与上述计量用流路的流体的流动方向平行的方式配置；
上述超声换能器与上述计量用流路的流体的流动方向成角度地配置；
上述引脚以使其与上述计量电路基板相连接的连接端相对于上述计量电路基板垂直的那样的角度被压曲。
2.根据权利要求1所述的超声波流量计量单元，其特征在于，
上述引脚在中途具有U字形的引线成形部。
3.根据权利要求1或2所述的超声波流量计量单元，其特征在于，
上述一对超声换能器都配置在上述计量用流路的同一面侧，并且它们配置为自一个超声换能器发出的超声波能在上述计量用流路的内壁上反射1次后被另一个超声换能器接收。
4.根据权利要求3所述的超声波流量计量单元，其特征在于，
上述基板保持件一体地具有位于上述引脚间的绝缘板。
5.根据权利要求3所述的超声波流量计量单元，其特征在于，
上述基板保持件一体地具有引脚引导件，该引脚引导件用于将上述引脚导入到设于上述计量电路基板的插入孔中。
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