CN105408726A - 超声波流量计以及超声波流量计用的超声波吸收体 - Google Patents
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Abstract
本发明的超声波流量计能抑制设置于超声波流量计的配管的减震材料移动，以避免SN比降低。包括：第一超声波收发部，其设置在气体流动于内部的配管的上游侧的外周；第二超声波收发部，其设置在配管的下游侧的外周；主体部，其基于从第一超声波收发部至第二超声波收发部的超声波传送时间和从第二超声波收发部至第一超声波收发部的超声波传送的时间，对气体的流量进行测定；以及超声波吸收体，其设置在配管的外周，吸收由超声波在配管中传送而成的配管传送波，超声波吸收体包含被形成于配管的外周的第一橡胶层以及被形成于第一橡胶层上的第二橡胶层，第一橡胶层的材质比第二橡胶层柔软，第二橡胶层的材质比第一橡胶层硬，且围绕所述第一橡胶层一周。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声波流量计，尤其涉及对在配管中流动的流体的流量进行计测的超声波流量计。
背景技术
作为这种超声波流量计，已知有分别在配管的上游侧的外周和配管的下游侧的外周设置超声波收发器，对使超声波向流体的流动方向以及反方向传送时的两个传送时间进行计测，基于这些传送时间来计算流体的流速的流量计。在这种流量计中，从发送器发出的超声波作为在流体中传送而达到接收器的流体传送波和在配管壁中传送而传送到接收器的配管传送波到达接收器。流体传送波是计测所需要的信号分量，配管传送波是与信号分量重叠的噪声分量。
为了使该噪声分量衰减，在两个超声波收发器间的配管的外壁上将使配管传送波的能量衰减的减震材料(超声波吸收体)形成为圆筒状，以谋求SN比(信号噪声比)的提高。例如，在专利文献1中揭示了在配管上设置了减震材料的超声波流量计的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利6626049号公报
发明内容
发明所要解决的课题
要使上述配管传送波的能量进一步衰减，选择减震材料的材质，增加减震材料的膜厚即可。配管传送波的能量的吸收量由于减震材料而增加的话，则计测时的SN比提高。例如，在流体的压力低的情况下，流体传送波的信号能量减少，SN比降低，但通过将减震材料形成得较厚，能够减少配管传送波的能量从而抑制SN比的降低。
这样的减震材料的主材料多为橡胶。如果使以橡胶为主材料的柔软的减震材料较厚地形成于配管的外壁，则伴随着时间长期流逝，减震材料由于减震材料的自重而移动，可能会产生厚度不均匀的部位。在减震材料包含有用于调整声阻抗的粒子的情况下，自重进一步增加，该厚度变化的倾向增大。覆盖配管表面的减震材料的厚度变得不均匀的话，则减震性能受阻，超声波流量计的SN比降低。
因此，本发明以提供一种抑制被设在超声波流量计的配管上的减震材料的移动以避免SN比降低的超声波流量计为目的。又，以提供一种适合于超声波流量计的减震材料为目的。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的超声波流量计的一个形态为，包括：第一超声波收发部，其设置在气体流动于内部的配管的上游侧的外周，进行超声波的发送以及接收；第二超声波收发部，其设置在所述配管的下游侧的外周，进行超声波的发送以及接收；主体部，其基于从所述第一超声波收发部发送的所述超声波被所述第二超声波收发部接收为止的时间和从所述第二超声波收发部发送的所述超声波被所述第一超声波收发部接收为止的时间，对所述气体的流量进行测定；以及超声波吸收体，其设置在所述配管的外周，吸收Y由所述超声波在所述配管中传送而成的配管传送波，所述超声波吸收体包含被形成于所述配管的外周的第一橡胶层以及被形成于所述第一橡胶层上的第二橡胶层，所述第一橡胶层的粘弹性比所述第二橡胶层的粘弹性大(柔软)，所述第二橡胶层以比所述第一橡胶层小的粘弹性(硬)围绕所述第一橡胶层一周。
通过采用该结构，利用超声波吸收体的相对柔软的第一橡胶层吸收配管传送波，利用相对较硬的第二橡胶层防止超声波吸收体的变形。
优选为，调整橡胶层中的粒子，以使得所述第一橡胶层以及所述第二橡胶层的声阻抗相等。通过使两层橡胶层的声阻抗相等，防止了在橡胶层界面发生配管传送波的反射，配管传送波扩散于第一橡胶层以及第二橡胶层，配管传送波的能量被吸收。该调整例如使得所述第一橡胶层以及所述第二橡胶层的各层所包含的粒子的总重量相等。粒子可以使用金属粒子(钨、铁氧体、硫酸钡等)。
又，本发明的其他形态为一种超声波流量计用的超声波吸收体，该超声波流量计基于从气体流动于内部的配管的上游侧的外周发送的超声波在所述配管的下游侧的外周被接收为止的时间和从所述配管的下游侧的外周发送的超声波在所述配管的上游侧的外周被接收为止的时间，对所述气体的流量进行测定，所述超声波吸收体包含被形成于所述配管的外周的第一橡胶层以及被形成于所述第一橡胶层上的第二橡胶层，所述第一橡胶层的粘弹性比所述第二橡胶层的粘弹性大(柔软)，所述第二橡胶层以比所述第一橡胶层小的粘弹性(硬)围绕所述第一橡胶层一周。
通过采用该结构，做成用硬的第二橡胶层夹持柔软的第一橡胶层的外周的结构，能够防止第一橡胶层的变形。
优选为，通过调整所述第一橡胶层中所包含的粒子的总重量和所述第二橡胶层中所包含的粒子的总重量，将所述第一橡胶层以及所述第二橡胶层的声阻抗调整为相等。由此，配管传送波在第一橡胶层以及第二橡胶层中扩散，使得噪声分量的能量衰减。
发明效果
根据本发明，由于抑制了包覆配管的超声波吸收体(减震材料)的历时变形，所以相对于配管传送波的超声波吸收体的减震性能的降低得以抑制。由于包覆配管的超声波吸收体的变形少，所以超声波流量计的SN比的历时降低得以防止。
附图说明
图1是说明使用于本发明的超声波流量计的说明图。
图2是说明超声波流量计的超声波收发部的说明图。
图3是说明超声波流量计的动作原理的说明图。
图4是说明超声波流量计中的超声波信号与配管传送波的说明图。
图5是说明超声波流量计中的接收信号的例子的说明图。
图6是说明超声波流量计中的接收信号的例子的说明图。
图7是说明超声波流量计中的接收信号的例子(SN比低的情况)的说明图。
图8是说明超声波吸收体的例子的说明图。
图9是说明为了调整声阻抗而混入超声波吸收体的粒子的例子的说明图。
图10是说明超声波吸收体的粘弹性(针入度)与SN比的关系的图表。
图11是说明超声波吸收体的变形的说明图。
图12是说明以柔软度不同的多个层形成超声波吸收体的例子的说明图。
图13是说明以柔软度不同的多个层形成超声波吸收体的其他例子的说明图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施形态进行说明。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分，以相同或类似的符号来表示。然而，附图是适应性的图。因此具体的尺寸等应该参照以下说明来进行判断。又，当然在附图相互之间包含了相互的尺寸关系、比率不同的部分。另外，在以下的说明中，将附图的上侧称为“上”、将下侧称为“下”，将左侧称为“左”，将右侧称为“右”。
图1至图13示出本发明所涉及的超声波流量计以及超声波流量计用的超声波吸收体的一实施形态。图1是示出超声波流量计100的概略结构的一例的结构图。如图1所示，超声波流量计100用于对在配管A的内部流动的气体(gas)的流量进行测定。作为超声波流量计100的测定对象的气体在图1中向空心箭头所示的方向(图1中的从左至右的方向)流动。超声波流量计100具有第一超声波收发部20A、第二超声波收发部20B、主体部50、以及超声波吸收体10。
第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B分别设置在配管A的外周。在图1所示的例子中，第一超声波收发部20A被配置在配管A的上游侧，第二超声波收发部20B被配置在配管A的下游侧。第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B分别进行超声波的发送以及接收，相互收发超声波。即，第一超声波收发部20A发送的超声波由第二超声波收发部20B接收，第二超声波收发部20B发送的超声波由第一超声波收发部20A接收。
图2是说明图1所示的第1超声波收发部20A的结构的放大截面图。如图2所示，第1超声波收发部20A具备楔形体21和压电元件22。
楔形体21是用于使超声波以规定的角度入射至配管A的外周面的构件，是树脂制或者金属制的构件。楔形体21被配置为底面21a与配管A的外周面接触。又，楔形体21形成有相对于底面21a具有规定的角度的斜面21b。在斜面21b上，设置有压电元件22。
在本实施形态中，例示了底面21a与配管A的外周面接触的例子，但并不限定于此。也可以使接触介质(耦合剂(カプラント))介于底面21a和配管A的外周面之间。
压电元件22是用于在发送超声波的同时接收超声波的器件。导线(图示省略)与压电元件22电连接。通过导线施加规定频率的电信号的话，压电元件22以该规定频率振动而发出超声波。由此，超声波被发送。如图2的虚线的箭头所示，从压电元件22发送的超声波以斜面21b的角度在楔形体21中传送。在楔形体21中传送的超声波在楔形体21和配管A的外壁的界面折射，入射角发生变化，在配管A的内壁和流动于配管A的内部的气体之间的界面进一步折射，入射角变化，并在该气体中传送。在界面的折射是基于斯奈尔定律，所以通过根据超声波在配管A中传送时的速度、超声波在气体中传送时的速度，预先设定斜面21b的角度，能够使超声波以所希望的入射角入射至气体，并进行传送。
另一方面，超声波到达压电元件22时，压电元件22以该超声波的频率振动而产生电信号。由此，超声波被接收。在压电元件22产生的电信号通过导线由后述的主体部50检测出。
另外，第二超声波收发部20B具有与第一超声波收发部20A相同的结构。即、第二超声波收发部20B也具有楔形体21和压电元件22。因此，在进行上述的第一超声波收发部20A的说明的情况下，省略第二超声波收发部20B的详细说明。
图1所示的主体部50是用于基于超声波在流动于配管A的内部的气体中传送的时间来测量该气体的流量的构件。主体部50大概具有：切换部51、发送电路部52、接收电路部53、计时部54、运算控制部55和输入输出部56。
切换部51是用于切换超声波的发送以及接收的构件。切换部51与第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B连接。切换部51例如能够包含切换开关等而构成。切换部51基于从运算控制部55输入的控制信号对切换开关进行切换，使第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的一方与发送电路部52连接，且使第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的另一方与接收电路部53连接。由此，第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的一方能够发送超声波，第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的另一方能够接收该超声波。
发送电路部52是用于将超声波发送至第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B的构件。发送电路部52例如能够包含生成规定频率的矩形波的振荡电路、驱动第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B的驱动电路等而构成。发送电路部52基于从运算控制部55输入的控制信号，由驱动电路将由振荡电路生成的矩形波作为驱动信号输出给第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的一方的压电元件22。由此，第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的一方的压电元件22被驱动，该压电元件22发送超声波。
接收电路部53是用于对第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B接收到的超声波进行检测的构件。接收电路部53例如能够包含以规定的增益(gain)放大信号的放大电路、用于取出规定频率的电信号的滤波电路等而构成。接收电路部53基于从运算控制部55输入的控制信号，将从第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B中的一方的压电元件22输出的电信号放大，进行滤波并转换为接收信号。接收电路部53将所转换的接收信号输出至运算控制部55。
计时部54是用于对规定的期间中的时间进行计测的构件。计时部54例如能够由振荡电路等构成。另外，振荡电路可以与发送电路部52共有。计时部54基于从运算控制部55输入的开始信号以及停止信号，对振荡电路的基准波的数量进行计数，并对时间进行计测。计时部54将计测到的时间输出给运算控制部55。
运算控制部55是用于通过运算来计算在配管A的内部流动的气体的流量的构件。运算控制部55例如能够由CPU、ROM、RAM等的存储器、输入输出接口等构成。又，运算控制部55对切换部51、发送电路部52、接收电路部53、计时部54以及输入输出部56等主体部50的各部进行控制。另外，关于运算控制部55计算气体的流量的方法，将在下文叙述。
输入输出部56是用户(利用者)输入信息、且对用户输出信息用的构件。输入输出部56例如能够由操作按钮等输入单元、显示器等输出单元等构成。用户通过对操作按钮等进行操作，通过输入输出部56将设定等的各种信息输入至运算控制部55。又，输入输出部56将由运算控制部55计算出的气体的流量、气体的速度、规定期间中的累计流量等信息显示于显示器等并予以输出。
图3是用于对在配管A的内部流动的气体的流量的算出方法进行说明的侧视截面图。如图3所示，将在配管A的内部向规定的方向(在图3中为从左侧向右侧的方向)流动的气体的速度(以下，称为流速)设为V[m/s]，将超声波在该气体中传送时的速度(以下，称为声速)设为C[m/s]，将在该气体中传送的超声波的传送路径长设为L[m]，将配管A的管轴与超声波的传送路径所成的角度设为θ。
在此，在被配置于配管A的上游侧(图3中的左侧)的第一超声波收发部20A发送超声波，被配置于配管A的下游侧(图3中的右侧)的第二超声波收发部20B接收该超声波时，该超声波在配管A的内部的气体中传送的传送时间t12由以下的式(1)来表示。
t12＝L/(C+Vcosθ)…(1)
另一方面，在被配置于配管A的下游侧的第二超声波收发部20B发送超声波，被配置于配管A的上游侧的第一超声波收发部20A接收该超声波时，该超声波在配管A的内部的气体中传送的传送时间t21由以下的式(2)来表示。
t21＝L/(C－Vcosθ)…(2)
基于式(1)以及式(2)，气体的流速V由以下的式(3)来表示。
V＝(L/2cosθ)·{(1/t12)－(1/t21)}…(3)
在式(3)中，传送路径长L以及角度θ是在流量的测定前已知的值，所以流速V可以通过对传送时间t12以及传送时间t21进行计测，由式(3)计算出。
然后，在配管A的内部流动的气体的流量Q[m3/s]采用流速V[m/s]、补数系数K以及配管A的截面积S[m2/s]，由以下的式(4)来表示。
Q＝KVS…(4)
于是，运算控制部55预先将传送路径长L、角度θ、补数系数K以及配管A的截面积S存储于存储器等中。然后，运算控制部55基于从接收电路部53输入的接收信号，通过计时部54来计测传送时间t12以及传送时间t21，由式(3)以及式(4)计算出在配管A的内部流动的气体的流量Q。
在本实施形态中，例示了采用图3和式(1)～(4)，通过传送时间倒数差法来计算气体的流量的例子，但并不限定于此。运算控制部55可以采用其他的方法、例如公知的传送时间差法来计算出气体的流量。
又，在本实施形态中，示出了第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20A的一方发送的超声波在配管A的内部的气体中传送，由第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B的另一方直接接收的例子，但并不限定于此。例如，也可以将第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B都设置在配管A的同一侧面侧，对由配管A的内壁呈V字状地反射1次而在气体中进行传送的超声波进行计测。又，也可以接收由配管A的内壁反射了n次(n为自然数)的超声波。
图1所示的超声波吸收体10被设置在配管A的外周面。具体来说，超声波吸收体10在配管A的外周面被配置为，至少覆盖第一超声波收发部20A和第二超声波收发部20B之间的区域，并紧贴固定于配管A的外周面。为了使第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B与配管A的外周面直接接触，在超声波吸收体10中的配置有第一超声波收发部20A以及第二超声波收发部20B的部分，超声波吸收体10的一部分被切成框状。超声波吸收体10例如可以使用未交联的丁基橡胶(IIR、异丁烯(Isobutylene)与异戊二烯(Isoprene)的共聚物)作为主材料。
图4是用于说明从第1超声波收发部20A发送的超声波被第2超声波收发部20B接收的形态的截面图。在该图的例子中，为了方便说明，示出了构成一层超声波吸收体10的情形，但在后述的实施例的特征性的结构中，超声波吸收体10形成有多层。
如图4所示，例如，从第一超声波收发部20A发送的超声波被分为通过(透过)配管A在配管A的内部的气体中传送的气体传送波W1、以及在配管A中传送的配管传送波W2。气体传送波W1再次通过配管A到达第二超声波收发部20B。另一方面，配管传送波W2虽然被配管A的内壁以及外壁多次反射但也能够到达第二超声波收发部20B。虽然省略了图示及其详细说明，与从第一超声波收发部20A发送的超声波同样地，从第二超声波收发部20B发送的超声波也被分为气体传送波W1和配管传送波W2，气体传送波W1通过配管A到达第一超声波收发部20A，配管传送波W2虽然由配管A的内壁以及外壁多次反射但也能够到达第一超声波收发部20A。
一般来说，在一方的介质中传送的声波在一方的介质与另一方的介质的界面透过(通过)还是反射是由一方的介质与另一方的介质的声阻抗之差来决定的。即，声阻抗之差越小，则在一方的介质中传送的声波透过另一方的介质，声阻抗之差越大，则在一方的介质中传送的音波越具有在一方的介质与另一方的介质的界面反射的倾向。
在配管A的内部流动的流体例如为液体的情况下，液体的声阻抗与配管的材料、例如、不锈钢(SUS)等金属、合成树脂等高分子化合物的声阻抗之差相对较小，所以超声波透过(通过)配管A在流动于内部的液体中传送的比例(透过率)多(大)，即，由配管A的管壁反射的比例(反射率)少(小)，配管传送波W2的能量(的大小、或者强度)小。相对于此，气体的声阻抗比液体的声阻抗小。因此，在流动于配管A的内部的流体为气体的情况下，气体的声阻抗与配管A的声阻抗之差相对较大，所以超声波透过(通过)配管A在流动于内部的液体中传送的比例(透过率)少(小)，即，由配管A的管壁反射的比例(反射率)多(大)，配管传送波W2的能量(的大小、或者强度)大。
在此，在接收超声波的气体传送波W1以对传送时间进行计测，基于该传送时间对流量进行测定的超声波流量计中，气体传送波W1是应检测出的信号(信号分量S)，配管传送波W2是相对于信号的噪声(噪声分量N)。因此，如果相对于气体传送波W1的能量(的大小、或者强度)，配管传送波W2的能量(的大小、或者强度)不足够小的话，则气体传送波W1和配管传送波W2的识别变得困难。其结果，可能会弄错气体传送波W1和配管传送波W2，错误地进行传送时间的计测，基于错误的传送时间对气体的流量进行测定。
超声波吸收体10设置在配管A的外周，吸收在配管A中传送的配管传送波W2。又，如前所述，超声波吸收体10包含未交联的丁基橡胶。在此，关于未交联的丁基橡胶，其声阻抗的值与配管A的材料接近，且其吸收超声波的频带的振动的能力(吸收性能)高。由此，超声波吸收体10能够使配管传送波W2在其在配管A传送的过程中衰减，能够使到达第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B的、即被接收的配管传送波W2的能量(的大小、或者强度)相对于气体传送波W1的能量(的大小、或者强度)足够小，也就是说，能够使SN比(气体传送波W1的最大振幅值与配管传送波W2的最大振幅值之比)提高。
又，未交联的丁基橡胶也是具有粘着性以及弹性的粘弹性体。由此，超声波吸收体10容易粘着，所以能够紧密地贴合固定于配管A的外周，而且超声波吸收体10因弹性而容易变形，所以能够容易地设置于各种各样的材料、形状、表面状态的配管A。
进一步地，关于未交联的丁基橡胶，通过实验等确认了在超声波流量计100的使用环境中，例如对于温度、湿度等，具有充分的耐久性(耐环境性)。由此，超声波吸收体10不用为了提高强度、耐环境性而进行采用硫磺等的交联(加硫)，能够利用未交联的丁基橡胶。
一般来说，超声波是指20[kHz]以上的频带的声波。因此，第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波是20[kHz]以上的频带的声波。优选为，第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波为100[kHz]以上且2.0[MHz]以下的频带的超声波。更优选为，第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波是0.5[MHz]以上且1.0[MHz]以下的频带的超声波。另外，无论是哪种情况，第1超声波收发部20A所发送的超声波和第2超声波收发部20B所发送的超声波可以是同一频率，也可以是不同的频率。
图5以及图6是图1所示的接收电路部53所输出的接收信号的图表。在图5以及图6中，横轴为时间，纵轴为振幅(电压)。又，在图5以及图6中，上段是在配管A的内部流动的气体的压力为0.5[MPa]的图表，下段是在配管A的内部流动的气体的压力为0.3[MPa]的图表。进一步地，图5是第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为0.5[MHz]的图表，图6是第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为1.0[MHz]的图表。
如图5的上段的图表所示，在气体的压力为0.5[MPa]、第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为0.5[MHz]的情况下，超声波吸收体10能够使配管传送波W2衰减，运算控制部55能够识别并检测出在图表的中央附近产生的振幅相对较大的气体传送波W1。又，如图6的上段的图表所示，在气体的压力为0.5[MPa]、第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为1.0[MHz]的情况下也同样，超声波吸收体10能够使配管传送波W2衰减，运算控制部55能够识别并检测出在图表的中央附近产生的振幅相对较大的气体传送波W1。
在配管A的内部流动的气体的压力低的情况下,例如，在气体的压力低于0.5[MPa]的情况下,气体的声阻抗与压力成正比，所以其与配管A的声阻抗之差进一步变大，气体传送波W1的能量(大小、或者强度)进一步变小。但是，在配管A的内部流动的气体的压力低的情况下,例如，在气体的压力为0.3[MPa]的情况下，如图5以及图6的下段的图表所示，超声波吸收体10也能够使配管传送波W2衰减，运算控制部55能够识别并检测出在图表的中央附近产生的振幅相对较大的气体传送波W1。这样，即使在气体传送波W1的能量(的大小、或者强度)小的情况下，超声波吸收体10也能够使配管传送波W2充分地衰减，能够使SN比提高。经验上来说，优选为SN比在2以上。
图7是具有其他的超声波吸收体的超声波流量计的接收信号的参考例(超声波的吸收率低的情况)。另外，参考例的超声波流量计除了具有与超声波吸收体10不同的超声波吸收体这一点，都与超声波流量计100相同。在图7中，横轴为时间，纵轴为振幅(电压)。又，在图7中，超声波的频率为0.5[MHz]，上段是在配管的内部流动的气体的压力为0.5[MPa]的图表，下段是在配管的内部流动的气体的压力为0.3[MPa]的图表。具备包含沥青作为主要材料的其他超声波吸收体的假想的超声波流量计与图5所示的本实施形态的超声波流量计100的图表相比较，如图7所示，超声波吸收体不能使配管传送波W2充分衰减，SN比降低，识别配管传送波W2和气体传送波W1变得困难。
图8是示出各种材料的超声波吸收体的SN比的表。在图8中，在配管A的内部流动的气体的压力为0.3[MPa]，第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为0.5[MHz]。如图8所示，在使用以沥青为主要材料的超声波吸收体的情况下,气体传送波W1的最大振幅与配管传送波W2的最大振幅之比(SN比)为3.8。另一方面，在具备包含未交联的丁基橡胶的超声波吸收体10的情况下,SN比变为7.4，提高至大约2倍。
一般来说，天然橡胶、合成橡胶等橡胶类(橡胶组成物)的振动吸收性能高，但如图8所示，未交联的丁基橡胶与其他的橡胶类(橡胶组成物)相比，其SN比高，所以作为超声波吸收体10的主要材料情况良好。
超声波吸收体10并不限定于仅由未交联的丁基橡胶或者橡胶类单体构成的情形。超声波吸收体10也可以包含与未交联的丁基橡胶混合的规定的混合粒子。由此，通过将声阻抗的值与配管A的材料接近的、以及/或者使吸收超声波的频带的振动的能力(吸收性能)提高的混合粒子作为规定的混合粒子与未交联的丁基橡胶或者橡胶类相混合，超声波吸收体10能够进一步地提高SN比。
作为规定的混合粒子，例如例举有钨等金属的粒子、铁氧体等金属化合物的粒子、或者硫酸钡等无机化合物的粒子等。粒子的形状不限定于球形，可以是多面体、在表面具有凹凸的形状等。只要能够得到所期望的效果即可，并不限定于特定的形状。
图9是示出超声波吸收体10的SN比的表。在图9中，在配管A的内部流动的气体的压力为0.3[MPa]，第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为0.5[MHz]。如图9所示，在具备仅包含未交联的丁基橡胶的超声波吸收体10的情况下,如前所述，SN比为7.4。另一方面，超声波吸收体10包含铁氧体作为规定的混合粒子11的情况下，SN比为8.9，超声波吸收体10包含钨作为规定的混合粒子11的情况下，SN比为11.7，超声波吸收体10包含硫酸钡作为规定的混合粒子11的情况下，SN比为34.2。与仅包含未交联的丁基橡胶的超声波吸收体10相比较，各自的SN比进一步提高。
图10是示出超声波吸收体的粘弹性与超声波流量计的接收信号的SN比的关系的图表。纵轴表示SN比，横轴表示粘弹性(针入度)。采用未交联丁基橡胶作为超声波吸收体，通过添加剂的调制来设定各种粘弹性。形成于配管A的外周的超声波吸收体的膜厚为2[mm]，配管A内部的气体的压力为0.3[MPa]，第1超声波收发部20A以及第2超声波收发部20B所发送的超声波的频率为0.5[MHz]。配管A是卫生级不锈钢管(JISG3447、外径101.6[mm]、内径97.6[mm]、厚度2.0[mm]、通称4S)，气体流量为0[m/秒]。为了方便，超声波吸收体的粘弹性通过基于JIS2207的针入度来计测。以0.1[mm]为针入度1，示出将载重100[g]的试验针放在25℃的超声波吸收体上5秒钟时的针入距离。针入度(粘弹性)的值大时，粘弹性大(相对柔软)、针入度(粘弹性)的值小时，粘弹性小(相对较硬)。
如图10所示，判断出在针入度10～45的范围，具有针入度越大SN比越好的倾向。大概为，针入度10时SN比为4左右，针入度33时SN比为7.4左右，针入度42时SN比为12左右，针入度45时SN比为8左右。另外，针入度60时，SN比为2左右，但丁基橡胶是黏糊糊的状态并不实用，所以未在图10中示出。
因此，如图11的(A)所示，通过将粘弹性大的未交联丁基橡胶作为超声波吸收体10涂覆或者包覆在配管A的外周，能够高效地使配管传送波W2衰减。又，通过将未交联丁基橡胶较厚地成膜于配管A的外周，能够使配管传送波W2更加衰减。
但是，粘弹性的值大的话，则超声波吸收体10柔软，而且膜厚厚的话，则自重也进一步增加，所以如图11的(B)所示，超声波吸收体10随着时间流逝向下方移动而变形。在超声波吸收体10为了调整声阻抗而包含金属粒子等的情况下，自重增加，具有变形更加明显的倾向。这样的结果为，经过长时间的话，覆盖配管A的超声波吸收体10的膜厚产生不均匀，在膜厚变薄的部分，配管传送波W2的能量吸收能力降低，噪声分量的衰减变得不充分。这意味着接收信号的SN比随着时间流逝而降低。
图12示出本发明的实施例。在实施例中，如该图所示，以两个层10a以及10b来形成超声波吸收体10。第一层是由于自粘性而与配管A紧密贴合的、粘弹性的值相比第二层的粘弹性相对较大(针入度大)的柔软的层。例如，是针入度为40的丁基橡胶。自粘性是粘着性的丁基橡胶随着时间推移而一点点流动，从而将配管表面和丁基橡胶之间产生的少许空间埋没的性质。第二层是由于自粘性而与第一层紧密贴合的、粘弹性的值与第一层的粘弹性相比相对较小(针入度小)的硬的层。例如，是针入度为5的丁基橡胶。通过用比第一层更硬的第二层来包围第一层，可以防止柔软的第一层的变形。
进一步地，为了使配管传送波W2在超声波吸收体10中扩散从而使能量减少，谋求配管A与第一层10A的界面、第一层10A与第二层10B的界面处的配管传送波W2的反射的减少。因此，使得配管A、第一层10A、第二层10B各自的声阻抗相等。将介质的密度设为ρ、将介质的声速设为C时，声阻抗Z由Z＝ρ·C来表示。
在实施例中，为了使得配管A与第一层10A的声阻抗相等，在第一层10A中混入了声阻抗调整的粒子。例如，粒径是比传送声波波长小的值，与第一层的膜厚的大小相对应地决定粒径。举一个例子的话，则粒径为15[μm]左右。又，为了使得第二层10B的声阻抗与第一层10A的声阻抗相同，将调整使得粒子总重量与第一层10A的粒子总重量相等的粒子混入第二层10B。第二层的粒子的粒径比传送声波波长小，与第二层的膜厚的大小相对应地来决定。举一个例子的话，则是粒径为15[μm]以上的合适大小的粒子。这样，通过调整使得声阻抗大致相同，配管传送波W2从第一层10A传送到第二层10B内，并产生散射衰减，噪声分量被吸收。作为超声波吸收体10整体的噪声吸收性能提高。
图13示出了本发明的其他实施例，示出了以三层橡胶层10A～10C构成超声波吸收体10的例子。在这样的以多层构成超声波吸收体10的例子中，通过将最外周的橡胶层10C设为比内侧的橡胶层硬的材质，能够防止超声波吸收体10的变形。又，通过调整混入各层的粒子，使各层的声阻抗近似，能够使得配管传送波W2在层界面的反射减少。
如以上所说明的那样，根据本发明的实施例，在由于橡胶类等减震材料的噪声吸收特性(SN比)好的区域材质上柔软而导致作为超声波吸收体的耐变形性不足时，通过用形状不走形的硬的橡胶类来覆盖减震材料，可以避免减震材料上产生厚度不均匀的部位。
又，由于橡胶的回弹力，将硬的橡胶卷在小径的配管上并不容易，但在实施例中，由于粘着于配管的外周的第一橡胶柔软，所以即使是小径的配管，将第一橡胶设置为超声波吸收体也比较容易。在外径因第一橡胶的贴附而增大了的配管上贴附更硬的第二橡胶比较容易。又，如果第二橡胶是自粘性的材质的话，则第二橡胶的贴附更加容易。
又，通过使多层的橡胶各自的声阻抗近似，能够使得超声波流速计的接收信号中的成为噪声分量的配管传送波W2在超声波吸收体中扩散而衰减，情况良好。
工业上的可利用性
本发明适用于空气、冷风、温风、蒸汽、温水、冷水、各种气体等流体的超声波流量计测，且情况良好。
符号说明
10…超声波吸收体
10A…第一橡胶层
10B…第二橡胶层
10C…第三橡胶层
20A…第1超声波收发部
20B…第2超声波收发部
21…楔形体
21a…底面
21b…斜面
22…压电元件
50…主体部
51…切换部
52…发送电路部
53…接收电路部
54…计时部
55…运算控制部
56…输入输出部
100…超声波流量计
A…配管
W1…气体传送波
W2…配管传送波。
Claims (6)
1.一种超声波流量计，其特征在于，包括：
第一超声波收发部，其设置在气体流动于内部的配管的上游侧的外周，进行超声波的发送以及接收；
第二超声波收发部，其设置在所述配管的下游侧的外周，进行超声波的发送以及接收；
主体部，其基于从所述第一超声波收发部发送的所述超声波被所述第二超声波收发部接收为止的时间和从所述第二超声波收发部发送的所述超声波被所述第一超声波收发部接收为止的时间，对所述气体的流量进行测定；以及
超声波吸收体，其设置在所述配管的外周，吸收由所述超声波在所述配管中传送而成的配管传送波，
所述超声波吸收体包含被形成于所述配管的外周的第一橡胶层以及被形成于所述第一橡胶层上的第二橡胶层，
所述第一橡胶层的粘弹性比所述第二橡胶层的粘弹性大，所述第二橡胶层以比所述第一橡胶层小的粘弹性围绕所述第一橡胶层一周。
2.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，
调整橡胶层中的粒子以使得所述第一橡胶层以及所述第二橡胶层的声阻抗相等。
3.如权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，
对橡胶层进行如下调整：通过将所述第一橡胶层中所包含的粒子的总重量和所述第二橡胶层中所包含的粒子的总重量调整为相同，来使得所述第一橡胶层以及所述第二橡胶层的声阻抗相等。
4.如权利要求2或3所述的超声波流量计，其特征在于，
所述粒子包含钨、铁氧体、硫酸钡中的任一个。
5.一种超声波流量计用的超声波吸收体，该超声波流量计基于从气体流动于内部的配管的上游侧的外周发送的超声波在所述配管的下游侧的外周被接收为止的时间和从所述配管的下游侧的外周发送的超声波在所述配管的上游侧的外周被接收为止的时间，对所述气体的流量进行测定，
所述超声波流量计用的超声波吸收体的特征在于，
包含被形成于所述配管的外周的第一橡胶层以及被形成于所述第一橡胶层上的第二橡胶层，
所述第一橡胶层的粘弹性比所述第二橡胶层的粘弹性大，所述第二橡胶层以比所述第一橡胶层小的粘弹性围绕所述第一橡胶层一周。
6.如权利要求5所述的超声波流量计用的超声波吸收体，其特征在于，
通过调整所述第一橡胶层中所包含的粒子的总重量和所述第二橡胶层中所包含的粒子的总重量，将所述第一橡胶层以及所述第二橡胶层的声阻抗调整为相等。
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