CN107110682A - 流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

在测量流路(4)同在与测量流路(4)相反的一侧配置有一对超声波发送接收器(6、7)的一对孔部(11、12)之间配置有具有开口部(9、10)的湍流抑制构件(8)。湍流抑制构件(8)的一对开口部(9、10)分别具有棂部并且各棂部的宽度大致相同。由此，以超声波的衰减少的状态抑制成为测量误差的要因的由一对孔部(11、12)中的卷吸流引起的湍流的发生，从而保证测量精度。

Description

流量测量装置
技术领域
本发明涉及一种利用超声波来对流量进行测量的流量测量装置，特别涉及一种在超声波发送接收器与测量流路之间具有孔部的构造的流量测量装置。
背景技术
以往，作为这种流量测量装置，已知一种在超声波发送接收器与测量流路之间配置有超声波透过膜的流量测量装置(例如，参照专利文献1)。
图6是专利文献1所记载的流量测量装置的分解立体图。
如图6所示，流量测量装置101具备流路主体102和传感器块103。
在流路主体102形成有矩形截面的测量流路104。测量流路104被多个分隔板105分割为多个扁平流路。
对传感器块103安装第一超声波发送接收器106和第二超声波发送接收器107。在这些超声波发送接收器106、107与测量流路104之间配置有超声波透过膜108。该超声波透过膜108由网格构件等一体地构成。
图7是将图6所示的流量测量装置101以沿着流动方向的面切断时的垂直截面图。
如图7所示，在第一超声波发送接收器106与测量流路104之间形成有第一孔部109，在第二超声波发送接收器107与测量流路104之间形成有第二孔部110。超声波透过膜108配置为介于第一孔部109与测量流路104之间和第二孔部110与测量流路104之间，抑制在第一孔部109和第二孔部110内发生由卷吸流引起的湍流。
在该结构中，从第一超声波发送接收器106发出的超声波在经由第一孔部109而通过超声波透过膜108之后，进入测量流路104内，在测量流路104的底面111上反射。之后，在再次通过超声波透过膜108之后，经由第二孔部110而到达第二超声波发送接收器107。基于从第一超声波发送接收器106发出的超声波到达第二超声波发送接收107为止的传播时间，来对通过测量流路104的每单位时间的流体的流量进行测量。
专利文献1：日本特开2011-112377号公报
发明内容
然而，在上述以往的结构中，超声波在通过超声波透过膜108时发生衰减，第二超声波发送接收107中的接收灵敏度下降。
当接收灵敏度过于低时，无法准确地获取接收波形，这样，传播时间的测量精度会下降，会给准确的流量测量带来障碍。
本发明是为了解决上述以往的问题而完成的，代替超声波透过膜而使用具有开口部的湍流抑制构件。由此，目的在于，使超声波的衰减减少，谋求接收灵敏度的提高，实现准确的流量测量。
本发明的流量测量装置代替超声波透过膜而使用具有开口部的湍流抑制构件。由此，能够使超声波的衰减减少，因此能够谋求接收灵敏度的提高，实现准确的流量测量。
附图说明附图说明
图1是本发明的实施方式1中的流量测量装置的立体图。
图2是该流量测量装置的分解立体图。
图3是该流量测量装置的沿图1的3-3线的截面图。
图4是本发明的实施方式1中的湍流抑制构件的俯视图。
图5是该湍流抑制构件的详细俯视图。
图6是以往的流量测量装置的分解立体图。
图7是将图6所示的流量测量装置以沿着流动方向的面切断时的垂直截面图。
具体实施方式
关于第一方式，具备：测量流路；与测量流路连通的一对孔部；在一对孔部各自的与测量流路相反的一侧配置的一对超声波发送接收器；以及传播时间测定部，其用于测定一对超声波发送接收器间的传播时间。并且，具备：流量运算部，其基于根据由传播时间测定部测定出的传播时间求出的流速来运算流量；以及湍流抑制构件，其配置于一对孔部与测量流路之间并且在与一对孔部对应的位置处具有一对开口部。另外，湍流抑制构件的一对开口部分别具有棂部并且各棂部的宽度大致相同。由此，能够以超声波的衰减少的状态抑制由孔部中的卷吸流引起的湍流的发生，因此能够实现准确的流量测量。
关于第二方式，特别是，在第一发明的开口部形成有由棂部进行划分所得到的多个开口，各开口为六边形并且交错配置。由此，能够进一步抑制由孔部中的卷吸流引起的湍流的发生，因此能够实现更准确的流量测量。
关于第三方式，特别是，在第二发明的测量流路中，分别保持着与流动方向平行的姿势的多个分隔板沿着与流动方向正交的方向并列配置，测量流路被多个分隔板分割为多个层状流路，各层状流路的流路宽度大于开口部的六边形的开口的外接圆直径。由此，能够对孔部中的卷吸流进行分割来进一步抑制湍流的发生，因此能够实现进一步准确的流量测量。
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明不受本实施方式限定。
(实施方式1)
使用图1～图5来说明实施方式1。图1是本发明的实施方式1中的流量测量装置的立体图。图2是该流量测量装置的分解立体图。图3是该流量测量装置的沿图1的3-3的截面图。
在图1中，流量测量装置1具备流路块2和超声波发送接收器块3。
在图2中，在流路块2的内部形成有矩形截面的测量流路4。测量流路4被多个分隔板5b分割为多个层状流路。各分隔板5b通过将各自的边缘部插入设置于流路块2的多个槽部5a来固定于流路块2。
对超声波发送接收器块3安装第一超声波发送接收器6和第二超声波发送接收器7。超声波发送接收器6、7中的任一个均具有发送超声波的功能和接收超声波的功能这两方。
在流路块2与超声波发送接收器块3之间配置有湍流抑制构件8。湍流抑制构件8呈具有第一开口部9和第二开口部10的片形状。
另外，湍流抑制构件8设置在多个分隔板5b上，且以被超声波发送接收器块3从上按压的状态夹进多个分隔板5b与超声波发送接收器块3之间。
在图3中，在第一超声波发送接收器6与测量流路4之间形成有第一孔部11，在第二超声波发送接收器7与测量流路4之间形成有第二孔部12。湍流抑制构件8配置为介于第一孔部11与测量流路4之间和第二孔部12与测量流路4之间，并且抑制在第一孔部11和第二孔部12内发生由卷吸流而引起的湍流。
另外，湍流抑制构件8配置为第一开口部9与第一孔部11连通且第二开口部10与第二孔部12连通。而且，从第一超声波发送接收器6发出的超声波在经由第一孔部11而通过湍流抑制构件8的第一开口部9之后，以进入测量流路4内的路径a到达测量流路4的底面部13。之后，在底面部13反射，在通过路径b而通过湍流抑制构件8的第二开口部10之后，经由第二孔部12而到达第二超声波发送接收器7。另外，从第二超声波发送接收器7发出的超声波在经由第二孔部12而通过湍流抑制构件8的第二开口部10之后，以进入测量流路4内的路径b到达测量流路4的底面部13。之后，在底面部13反射，在通过路径a而通过湍流抑制构件8的第一开口部9之后，经由第一孔部11而到达第一超声波发送接收器6。
流量测量装置1还具备用于测定超声波的传播时间的传播时间测定部(未图示)；以及基于根据传播时间求出的流速来运算流量的流量运算部(未图示)。而且，利用这些传播时间测定部和流量运算部来进行流量测量。
接着，关于基于超声波的流量测量，使用图3来进行说明。
将在测量流路4中流动的流体的流速设为V，将流体中的声速(流体中的超声波速度)设为C。另外，流体流动的方向(后述的被测量流F的行进方向)与超声波在底面部13反射之前的超声波传播方向(路径a的行进方向)之间所呈的角度设为θ。另外，将在第一超声波发送接收器6与第二超声波发送接收器7之间传播的超声波的传播路径(路径a+路径b)的有效长度设为L。
此时，从第一超声波发送接收器6发出的超声波到达另一方的第二超声波发送接收器7为止的传播时间t1由下述的式(1)表示。
t1＝L/(C+Vcosθ)…式(1)
接着，从第二超声波发送接收器7发出的超声波到达另一方的第一超声波发送接收器6为止的传播时间t2由下述的式(2)表示。
t2＝L/(C-Vcosθ)…式(2)
如果从式(1)和式(2)中消去流体中的声速C，则得到下述的式(3)。
V＝L/(2cosθ((1/t1)-(1/t2)))…式(3)
通过式(3)可知，如果长度L和角度θ已知，则使用由传播时间测定部(未图示)测量出的传播时间t1和传播时间t2来求出流速V。
接着，如下述的式(4)所示，对该流速V乘以测量流路4的截面积S来对测量流路4整体的流量Q(在测量流路4中流动的每单位时间的流量)进行计算。
Q＝V×S…式(4)
但是，一般来说，测量出的流速V与测量流路4整体的平均流速Vave不同，因此实际的流量Qt是如下述的式(5)所示那样对该流量Q乘以校正系数k来求出的。
Qt＝k×Q…式(5)
图4是本发明的实施方式1中的湍流抑制构件的俯视图。图5是该湍流抑制构件的详细俯视图。
在图4中，湍流抑制构件8的第一开口部9和第二开口部10分别为矩形。第一开口部9的长度(流动方向的尺寸)L1与第二开口部10的长度L2相等。另外，通常，第一开口部9的宽度(与流动方向正交的方向的尺寸)W1、第二开口部10的宽度W2以及测量流路4的流路宽度W(参照图1)相等。
第一孔部11相对于第一开口部9的大小、形状以及位置和第二孔部12相对于第二开口部10的大小、形状以及位置如图4中用单点划线所示那样。第一开口部9的大小被设定为对第一孔部11进行限制那样的大小，第二开口部10的大小被设定为对第二孔部12进行限制那样的大小。
图5是本发明的实施方式1中的湍流抑制构件的详细俯视图。
在图5中，在湍流抑制构件8的各开口部9、10中，形成有交错配置的大量的正六边形的开口9a、10a。利用各开口9a、10a是大小相同的正六边形这一情况，位于相邻的开口9a之间、10a之间的棂部15、16的宽度构成为大致相同。也就是说，各开口9a、10a由包围各自开口9a、10a的周围的6条棂部15形成，各棂部15的宽度的尺寸相同。例如，在第一开口部9的情况下，棂部15的宽度9c、9d、9e的尺寸相同。由此，第一开口部9和第二开口部10为沿着流动方向被细小且均匀地分割的结构。
另外，在测量流路4中，分别保持着与流动方向平行的姿势的多个分隔板5b沿着与流动方向正交的方向并列配置。测量流路4被这些多个分隔板5b分割为多个层状流路。各层状流路的流路宽度(与流动方向正交的方向的宽度)大于开口部9、10的正六边形的开口9a、10a的外接圆直径(相对的顶点间的尺寸D，参照图5)。
具体来说，各开口9a、10a的外接圆直径为0.3mm～0.5mm左右，棂部15的宽度为0.1mm左右，各开口9a、10a的相对于开口部9、10的面积开口率为50％～80％左右。另外，测量流路4的流路宽度W为10mm左右，与此相对地设置3片～5片左右的分隔板5b，由此层状流路的流路宽度设定为1.5mm～2.0mm左右。
下面，对如以上那样构成的流量测量装置1的动作、作用进行说明。
在图3中，在测量流路4中流动的流体的被测量流F在第一孔部11内的第一开口部9附近和第二孔部12内的第二开口部10附近因流体的粘性而形成由卷吸流所引起的湍流(例如，涡流p、q)。
从第一超声波发送接收器6发出的超声波通过没有障害物的第一开口部9和第二开口部10，因此不产生显著的衰减地到达第二超声波发送接收器7。然而，由于超声波通过该第一孔部11和第二孔部12，因此在利用超声波测量的流速V中包含由该涡流p、q产生的流速分量(Δvp、Δvq)。因而，当由该涡流p、q产生的流速分量(Δvp、Δvq)相比于本来所要测定的测量流路4的流速V大时，流量测量产生误差。
如图4所示，湍流抑制构件8被设定为其第一开口部9的大小对第一孔部11进行限制且第二开口部10的大小对第二孔部12进行限制。由此，当与没有湍流抑制构件8的情况相比较时，涡流p、q受限制。
由孔部11、12引起的流速误差是将由涡流p、q生成的流速分量(Δvp+Δvq)除以在测量流路4中流动的流体的流速V而求出的。因而，如果通过对各开口部9、10的长度L1、L2的设定来进行调整使得流速分量(Δvp+Δvq)相对于流速V的比例为规定比例以下，则能够如下述的式(6)所示那样将由孔部11、12引起的流速误差抑制为小于规定精度(m)。
(Δvp+Δvq)/V＜m (6)
如以上那样，根据本实施方式1，通过使用能够使超声波通过且具有抑制涡流p、q的发生的开口部9、10的湍流抑制构件8来确保所需的精度且抑制超声波的衰减。
接着，如图5所示，湍流抑制构件8在各开口部9、10中分别具有大量的正六边形的开口9a、10a。彼此相邻的开口9a间、10a间所存在的各棂部15的宽度大致相同，因此各孔部11、12中的涡流p、q的形成变弱或被分断。另外，开口9a、10a为正六边形，因此能够将各棂部15的宽度设定为大致相同，能够将超声波的衰减抑制为最低限度。
例如，在面积开口率相同的圆形交错与正六边形交错中，在正六边形交错中超声波的衰减少。其原因在于，在圆形交错中，棂部的宽度不固定，存在宽度宽的部分，因此易于阻挡超声波。
另外，通过将正六边形的开口交错配置，即使湍流抑制构件8的设置位置、分隔板5b的配置产生偏差，分隔板5b与湍流抑制构件8的棂部15的重叠面积的变动也小。其结果，能够使超声波的衰减的偏差和涡流p、q的发生的偏差降低。
此外，开口9a、10a的形状并不必须是正六边形，如果能够使各棂部15的宽度大致相同，则可以是除了正六边形以外的多边形。例如，作为使棂部15的宽度大致相同的方法，也可以将四边形、五边形与六边形进行组合。
另外，在测量流路4中，分别保持着与流动方向平行的姿势的多个分隔板5b沿着与流动方向正交的方向并列配置。测量流路4被这些多个分隔板5b分割为多个层状流路。各层状流路的流路宽度大于开口部9、10的正六边形的开口9a、10a的外接圆直径，因此在各层状流路内存在多个开口9a、10a。其结果，能够使超声波的衰减的偏差和涡流p、q的发生的偏差降低。
如以上那样，在本实施方式1中，具备矩形截面的测量流路4以及配置在各孔部11、12与测量流路4之间的具有开口部9、10的湍流抑制构件8。并且，具备：一对超声波发送接收器6、7，该一对超声波发送接收器6、7经由某一孔部11、12和湍流抑制构件8而与测量流路4连接；传播时间测定部，其用于测定一对超声波发送接收器间的传播时间；以及流量运算部，其基于根据由传播时间测定部测定出的传播时间求出的流速V来运算流量Qt。另外，湍流抑制构件8的开口部9、10具有棂部15并且棂部15的宽度大致相同。由此，能够以超声波的衰减少的状态抑制由孔部11、12中的卷吸流而引起的流速误差的发生，其结果，能够实现准确的流量测量。
另外，在本实施方式1中，开口部9、10通过将六边形的开口9a、10a交错配置，能够将棂部15的宽度设定为大致相同，能够进一步抑制由孔部11、12中的卷吸流而引起的湍流的发生。由此，能够实现更准确的流量测量。
另外，在本实施方式1中，在测量流路4中，分别保持着与流动方向平行的姿势的多个分隔板5b沿着与流动方向正交的方向并列配置。测量流路4被这些多个分隔板5b分割为多个层状流路。各层状流路的流路宽度大于开口部9、10的正六边形的开口9a、10a的外接圆直径。由此，能够将孔部11、12中的卷吸流细小且均匀地分割来抑制湍流的发生。因此，能够实现进一步准确的流量测量。
产业上的可利用性
如以上那样，本发明所涉及的流量测量装置能够以超声波的衰减少的状态保证测量精度，因此能够广泛地应用于以低消耗电力进行测量的燃气表、设备等。
附图标记说明
1：流量测量装置；4：测量流路；5b：分隔板；6：第一超声波发送接收器；7：第二超声波发送接收器；8：湍流抑制构件；9：第一开口部；9a：开口；10：第二开口部；10a：开口；11：第一孔部；12：第二孔部；15：棂部。

Claims (3)

1.一种流量测量装置，具备：
测量流路；
分别与所述测量流路连通的一对孔部；
在所述一对孔部各自的与所述测量流路相反的一侧配置的一对超声波发送接收器；
传播时间测定部，其用于测定所述一对超声波发送接收器间的传播时间；
流量运算部，其基于根据由所述传播时间测定部测定出的传播时间求出的流速来运算流量；以及
湍流抑制构件，其配置于所述一对孔部与所述测量流路之间并且在与所述一对孔部对应的位置处具有一对开口部，
其中，所述湍流抑制构件的所述一对开口部分别具有棂部并且各所述棂部的宽度大致相同。
2.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，
在所述开口部形成有由所述棂部进行划分所得到的多个开口，各所述开口为六边形并且交错配置。
3.根据权利要求2所述的流量测量装置，其特征在于，
在所述测量流路中，分别保持着与流动方向平行的姿势的多个分隔板沿着与流动方向正交的方向并列配置，所述测量流路被所述多个分隔板分割为多个层状流路，各所述层状流路的流路宽度大于所述开口部的六边形的开口的外接圆直径。
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