CN104457869A - 超声波流量计 - Google Patents

Abstract

一种超声波流量计(10)，安装有：外壳(12)，液体经由该外壳流动；和一对检测单元(16a，16b)，该检测单元被配置在外壳(12)的相反端并且包括能够发送和接收声波信号的声波发送和接收单元(14)。振动产生机构(18a，18b)具有振动产生体(52)，该振动产生体被布置成垂直于检测单元(16a，16b)，该振动产生机构被配置在外壳(12)的外周侧。此外，当流经外壳(12)的液体的流量被测量时，振动产生体(52)被通电并且振动，从而粘附于盖构件(36)的气泡通过振动被去除，该盖构件与液体接触并且覆盖声波发送和接收单元(14)。

Description

超声波流量计

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计，该超声波流量计用于基于当声波经由液体被传送时的传播速度差值检测液体的流量。

背景技术

迄今为止，例如，已知的超声波流量计，其中，一对传感器分别被布置在管路的上游侧和下游侧，液体从该管路流过。从其中一个传感器传送过来的超声波被管路的内壁表面反射并且被另一个传感器接收，液体的流速或流量基于超声波的传播速度的差值被测量。

在这样的超声波流量计中，例如，日本专利No.2793133(专利文献1)公开了，测量管路被设置成具有供给管和排出管，液体被供给到该供给管，并且液体从该排出管被排出。进一步，第一测量头被配置在测量管路的一端上，而第二测量头被配置在测量管路的另一端上。

第一和第二测量头被构造成起声波发射器或声波接收器的作用。例如，脉冲波形声波信号被从第一测量头传送过来，而第二测量头作为声波接收器接收该声波信号。接下来，第一测量头被切换到作为接收器运行，并且通过在其上接收从第二测量头传送过来的声波，基于声波的传播速度的差值，液体的流量被测量。

然而，对于根据上述传统技术的超声波流量计，结构被设置成，其中，供给到供给管的液体的方向基本上被垂直地改变，因此液体流向测量管路。所以，由于液体的流向的突变，引起湍流的压力变化出现，因此液体中携带的空气在液体中形成气泡，从而气泡粘附于测量管路的内壁表面，该测量管路被配置成面对第一和第二测量头。由于该气泡的粘附，气泡干扰声波信号的传播，导致测量液体流量的精确度降低。

因此，为了防止如上所述的气泡粘附，在日本专利特开(专利文献2)公开的超声波流量计中，在液体流过的测量管的内周表面上执行表面处理，因此在液体流动时的润湿性增大，于是，气泡粘附到内周表面被防止。

发明内容

然而，对于根据专利文献2的超声波流量计，会担心被用来执行表面处理的处理溶液可能流入液体中。因此，例如，如果流量测量被用于半导体制造设备使用的化学溶液或纯水，会担心污染可能出现在被测量的液体中。

本发明的主要目的是提供一种超声波流量计，其中，通过可靠地防止气泡粘附，声波信号能够被可靠地传送，并且液体的流量能够被高度准确地测量，同时防止液体污染。

本发明为一种超声波流量计，该超声波流量计基于声波信号测量液体的流量，该超声波流量计包括：壳体，该壳体包括一对端口和管路，液体经由该端口被供给和排出，该管路具有连接在端口之间的通道，其中液体在通道的内部流动；和一对检测单元，该检测单元能够发送和接收声波信号，检测单元以彼此相对的关系配置在壳体的相反端，并且将通道夹在两者之间，其中检测单元被配置在管路的轴线上，并且振动产生机构被设置在检测单元的外周侧，从而对检测单元施加振动。

根据本发明，在超声波流量计中，一对检测单元被配置在壳体的内部，检测单元被配置在壳体中的管路的轴线上，并且在检测单元的外周侧，振动产生机构被设置，从而将振动传递到检测单元。此外，当液体流经端口并且流过通道的内部时，即使已经从端口进入的气泡或在液体中产生的气泡粘附于检测单元，通过使振动产生机构产生振动并且将该振动传递到检测单元，气泡被从检测单元弹去并且能够被去除。因此，声波信号的传播不被气泡的粘附干扰，并且因为声波信号的传输和接收能够被检测单元可靠地执行，液体的流量能够基于声波信号被高度精确地测量。进一步，因为气泡被可靠地去除而不影响表面处理，该表面处理在根据传统技术的超声波流量计中被执行，在液体流经的壳体等上，能够防止被用来实现该表面处理的处理溶液流入液体中，并且即使纯水或化学溶液被用作要测量的液体，液体污染也不会出现。

本发明的上述及其他目的、特点和优势在结合附图的以下说明中将更加明显，其中，本发明的较优实施例经由说明性实例展示。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的超声波流量计的整体截面图；

图2A是显示图1的超声波流量计中振动产生机构在供给侧附近的放大截面图，而图2B是显示图1的超声波流量计中振动产生机构在排出侧附近的放大截面图；并且

图3是沿图1中沿III-III线的截面图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的实施例的超声波流量计10包括：外壳(壳体)12，该外壳具有通道28，流体诸如水、化学溶液等被供给到该通道；一对检测单元16a、16b，该检测单元被配置在外壳12的相反端上，并且在其中安装有用于发送和接收声波的声波发送和接收单元14；和一对振动产生机构18a、18b，该振动产生机构被设置在检测单元l6a、l6b的外周侧的位置。

外壳12包括：管路20，该管路由例如金属材料诸如不锈钢等沿直线形成；供给部(端口)22，该供给部被连接为基本上垂直于管路20的一端；和排出部(端口)24，该排出部被连接为基本上垂直于管路20的另一端。供给部22和排出部24被配置为基本上平行。进一步，外壳12不局限于由金属材料制成的情况，还可以由树脂材料形成。

检测单元l6a、l6b被连接到连接凸缘26，连接凸缘26被形成为在管路20的相反的端部上直径径向地向外扩大，并且液体经由通道28流动，通道28沿轴线方向(箭头A和B的方向)被形成在管路20的内部。在通道28的相反端上，一对直径扩大部30a、30b分别被形成，该直径扩大部向外部开口并且其直径朝向相反端的附近逐渐地扩大。

更具体地，直径扩大部30a、30b被配置在各个连接凸缘26的内部，并且检测单元l6a、l6b分别被配置成与直径扩大部30a、30b面对的关系。进一步，供给部22和排出部24分别被连接在直径扩大部30a、30b的外周侧。

沿轴线方向穿透的供给通道32，被形成在供给部22的内部。供给通道32的一个端部打开，而其另一端部与直径扩大部30a相通，该直径扩大部30a被形成在管路20的一端侧(沿箭头A的方向)。另一方面，沿轴线方向穿透的排出通道34，被形成在排出部24的内部。排出通道34的一端部打开，而其另一端部与直径扩大部30b相通，该直径扩大部30b被形成在管路20的另一端侧(沿箭头B的方向)。更具体地，因为供给通道32和排出通道34经由包括一对直径扩大部30a、30b的通道28互相连通，被从未图解的液体供给源供给到供给通道32的液体流经通道28然后被从排出通道34排出到外部。

此外，管道(pipe)，例如未图解的管子(tube)等，分别被连接到供给部22和排出部24的端部。

如图1和2B所示，检测单元16a、16b分别被配置在外壳12的直径扩大部30a、30b中。检测单元16a、16b包括：盖构件(液体接触部)36，该盖构件被安装成与外壳12的通道28面对的关系；声波发送和接收单元14，该声波发送和接收单元被配置在盖构件36的内部；和连接盖38，该连接盖被连接到管路20的连接凸缘26并且将开口的直径扩大部30a、30b密封。

每个盖构件36由例如树脂材料形成，并且形成为有底的圆筒形状且其截面为U形。盖构件36的开口端被布置在连接盖38侧，而其被布置成与通道28面对的关系的另一端被形成为有底的形状。盖构件36的另一端包括底壁部40，该底壁部朝向通道28以基本上平面的形状突出，以便垂直于通道28，并且声波发送和接收单元14分别被配置在其内壁表面上(见图2A和2B)。

更具体地，盖构件36被配置成在底壁部40的面对通道28的端表面上与液体接触，因此通过覆盖被容纳在盖构件36内部的声波发送和接收单元14，盖构件36用来使声波发送和接收单元14与液体隔离。

进一步，如图1所示，一个盖构件36的底壁部40和另一个盖构件36的底壁部40被配置成彼此面对的关系，并且将通道28夹在其间。

声波发送和接收单元14由压电元件(压力部件)构造，其被形成为例如板状形，并且分别被安装在扁平的盖构件36的底壁部40上。导电线42分别被成对地连接到声波发送和接收单元14。导电线42，在被引导到连接盖38的内部之后，经由密封螺钉44被引导到外部，该密封螺钉被螺合在连接盖38中。

连接盖38经由多个螺钉(未显示)被连接到外壳12的连接凸缘26，并且适配部46被形成为在连接盖38的侧部上突出。适配部46通过插入外壳12的直径扩大部30a、30b被适配。进一步，连接到声波发送和接收单元14的导电线42，经由适配部46被插入并且被插入适配部46的内部。因此，声波发送和接收单元14通过连接盖38被密封在直径扩大部30a、30b的内部，该连接盖相对于外壳12的连接凸缘26连接。声波发送和接收单元14能够通过与连接盖38脱离接合而从外壳12拆卸。

进一步，被安装在适配部46的外周表面上的密封构件48被置于抵接直径扩大部30a、30b的内周表面，从而在连接盖38和外壳12之间的气密条件被保持。

更进一步，导电线42被保持在其中的密封螺钉44被螺合到连接盖38的上端部中，从而密封连接盖38的内部。此外，经由密封螺钉44被引出到外部的导电线42，分别被连接到未图解的控制器。由声波发送和接收单元14收到的接收信号经由导电线42被输出到控制器。

如图1至3所示，振动产生机构18a、18b包括：壳体50，该壳体分别被配置在外壳12上一对直径扩大部30a、30b的外周侧，并且被配置在外壳12的外周侧；振动产生体52，该振动产生体被容纳在壳体50的内部；和支架54，该支架用于相对于外壳12固定壳体50。振动产生机构18a、18b分别以相同的方式作为一对振动产生机构18a、18b被构造。

壳体50包括：例如，基部58，该基部具有限定在其内部的容纳室56；和凸缘60，该凸缘从基部58侧突出，从而凸缘60沿着基本上垂直于容纳室56的轴线的方向延伸。基部58的端部包括各个保持壁62，该保持壁抵接外壳12的直径扩大部30a、30b的外周表面。如图3所示，保持壁62被形成为截面为圆弧形形状，从而该截面与直径扩大部30a、30b的外周表面的截面基本上相同。一个保持壁62和供给部22基本上沿着直线被布置，并且直径扩大部30a被夹在其间，同时另一个保持壁62和排出部24基本上沿着直线被布置，并且直径扩大部30b被夹在其间。

更具体地，外壳12的管路20和振动产生机构18a、18b被容纳在其中的容纳室56被布置成基本上彼此垂直。

进一步，在每个基部58的内部，容纳室56被形成为从具有保持壁62的一端延伸到另一端。容纳室56的端部通过保持壁62被密封，而其开口的其它端通过密封塞65被密封，该密封塞被安装成振动产生体52被容纳在容纳室56的内侧。

振动产生体52由压电元件(压力部件)构成，该压电元件被形成为例如板状形，其被容纳在壳体50的容纳室56中，并且被安装在保持壁62的内壁表面上。更具体地，振动产生体52在对应于保持壁62被弯曲成具有圆弧形截面的同时被安装，该保持壁被形成为截面为近似圆弧形形状。因此，如图2A和2B所示，振动产生体52被配置成相对于声波发送和接收单元14基本上垂直，该声波发送和接收单元被配置在外壳12的内部，并且被布置在声波发送和接收单元14的外周侧的位置。

进一步，电缆64分别被连接到振动产生体52。在电缆64已经被插入密封塞65的插入孔66并且被引出到外部之后，电缆64被电连接到未图解的控制器，该密封塞密封容纳室56。此外，通过经由电缆64将来自未图解的控制器的信号电压施加到振动产生体52，变形(strain)被产生在振动产生体52中，振动通过该变形被产生在振动产生体52中。

支架54经由螺钉68被连接到壳体50的凸缘60，并且包括环形部分70，该环形部分用于保持外壳12的管路20。另外，在外壳12的管路20被插入支架54的环形部分70的状态下，支架54被紧固到壳体50的凸缘60，从而基部58被置于抵接直径扩大部30a、30b的外周表面，并且振动产生机构18a、18b被固定到外壳12的预定位置，在该预定位置，振动产生体52分别面对声波发送和接收单元14。

因此，振动产生机构18a、18b经由支架54被可拆卸地配置到外壳12。因此，例如，如果故障出现在振动产生机构18a、18b中，振动产生机构18a、18b能够容易地被其它新的振动产生机构替换。

此外，通过将来自未图解的控制器的信号电压施加到振动产生机构18a、18b的振动产生体52，振动产生体52经受变形，伴随着振动产生体52被快速地振动，并且该振动波经由壳体50被传送到外壳12和盖构件36。

根据本发明的实施例的超声波流量计10基本如上所述地被构造。接下来，将描述超声波流量计10的操作和效果。液体从未图解的液体供给源经由管被供给到供给通道32，并且液体从供给通道32通过通道28到排出通道34。

在超声波流量计10中，声波信号，例如从连接到外壳12的一端的检测单元16a的声波发送和接收单元14被传送，并且声波信号在被通道28的内壁表面反射的同时在液体内传播，并且被连接到外壳12的另一端的检测单元16b的声波发送和接收单元14接收。在这种情况下，声波信号沿液体的流向(图1中箭头B的方向)传播。

进一步，以相反的方式，声波信号被从连接到外壳12的另一端的检测单元16b的声波发送和接收单元l4传送，并且声波信号被连接到外壳12的一端的检测单元16a的声波发送和接收单元l4接收。在这种情况下，声波信号沿与液体的流向相反的方向(图1中箭头A的方向)传播。

此外，由声波发送和接收单元14接收的基于声波信号的接收信号通过导电线42被输出到未图解的控制器。传播时间差ΔT基于传播时间T1和传播时间T2由未显示的控制器的探测信号计算，该传播时间T1用于声波信号沿液体的流向(沿箭头B的方向)传播的情况，该传播时间T2用于声波信号沿与液体的流向相反的方向(沿箭头A的方向)传播的情况。液体的流速V，即流量由传播时间差ΔT计算。

在这种情况下，虽然与来自供给通道32的液体一起被导入的气泡，或在液体中携带的气泡易于粘附于构造检测单元l6a、l6b的盖构件36，通过将来自未图解的控制器的信号电压施加到振动产生机构l8a、l8b的振动产生体52，由压电元件构成的振动产生体52，经受变形并且产生振动，并且振动波经由壳体50和外壳12被传送到盖构件36。因而，气泡被弹去并且通过振动波远离盖构件36，并且气泡和液体一起向下游移动并且被从排出通道34排出到外部。

由此，通过在振动产生机构l8a、l8b的操作下去除粘附于盖构件的气泡，声波信号的传播不被打扰，并且声波信号在超声波流量计10中的传输和接收能够被适当地执行。因此，基于声波信号，液体的流量能够被高精度地测量。

进一步，因为粘附于盖构件36的气泡经由振动产生机构l8a、l8b产生的振动波被去除，不必如根据传统技术的超声波流量计中，在测量管路的内壁表面上执行利用处理溶液的表面处理。因此，例如，由于处理溶液流到在半导体制造设备中使用的化学溶液或纯水中导致的污染，能够被可靠地避免。

更进一步，振动产生机构18a、18b经由支架54分别被可拆卸地安装到外壳12的直径扩大部30a、30b，从而振动产生机构18a、18b的替换操作能够通过从直径扩大部30a、30b去除支架54而简单地容易地被执行。因此，例如，如果故障出现在振动产生机构18a、18b中，振动产生机构18a、18b能够容易且快速地被其它新的振动产生机构替换。

更进一步，通过在盖构件36的外周侧上设置振动产生体52，并且通过将振动产生体52布置成基本上垂直于检测单元16a、16b，由振动产生体52产生的振动波被有效地传送到盖构件36，从而使粘附的气泡能够被去除。

更进一步，通过由压电元件构造振动产生体52，振动的产生和气泡的去除能够被容易且经济地执行。

进一步，通过设置振动产生机构18a，18b，即使供给部22和排出部24被形成为基本上垂直于管路20的结构并且当液体流过管路20时由于流向的急剧变化而容易产生气泡，粘附于检测单元16a、16b的盖构件36的气泡也能够被可靠地去除。

根据本发明的超声波流量计不局限于上述实施例。在不脱离在附加的权利要求限定的发明范围的情况下，可以对实施例进行各种改变和修改。

Claims (8)

1.一种超声波流量计(10)，所述超声波流量计(10)基于声波信号测量液体的流量，其特征在于，包括：

壳体(12)，所述壳体(12)包括一对端口(22、24)和管路(20)，所述液体经由所述端口(22、24)被供给和排出，所述管路(20)具有连接在所述端口(22、24)之间的通道(28)，其中，所述液体在所述通道(28)的内部流动；和

一对检测单元(16a、16b)，所述检测单元(16a、16b)能够发送和接收所述声波信号，所述检测单元(16a、16b)以彼此相对的关系配置在所述壳体(12)的相反端，并且将所述通道(28)夹在两者之间；

其中，所述检测单元(16a、16b)配置在所述管路(20)的轴线上，并且振动产生机构(18a、18b)被设置在所述检测单元(16a、16b)的外周侧，从而对所述检测单元(16a、16b)施加振动。

2.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述振动产生机构(18a、18b)包括振动产生体(52)，所述振动产生体(52)在被供给电力的情况下产生振动波，并且对所述检测单元(16a、16b)中的液体接触部(36)的外周表面施加所述振动波。

3.如权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，所述振动波沿着所述端口(22、24)的轴线方向产生，所述轴线方向垂直于所述管路(20)的所述轴线。

4.如权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，所述振动产生体(52)包括压电元件。

5.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述管路(20)和所述端口(22、24)被形成为彼此垂直。

6.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述振动产生机构(18a、18b)相对于所述壳体(12)可拆卸地配置。

7.如权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，所述检测单元(16a、16b)包括：

所述液体接触部(36)，所述液体接触部(36)以与所述壳体(12)的所述通道(28)面对的关系被安装；

声波发送和接收单元(14)，所述声波发送和接收单元(14)布置在所述液体接触部(36)的内部；和

连接盖(38)，所述连接盖(38)连接到所述管路(20)的端部并且密封所述通道(28)。

8.如权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于，所述振动产生体(52)被弯曲具有对应于所述壳体(12)的形状的圆弧形形状的截面。