CN112534213A - 超声波流量计 - Google Patents

Abstract

超声波流量计包括：测量流路(3)，其供被测量流体流动的流路的截面为矩形；一个或多个分隔板(8)，其将测量流路(3)分割成多个层状流路；以及一对超声波传感器，其配置于层状流路上的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，超声波流量计包括流量测量部，该流量测量部基于自超声波传感器发送的超声波信号在被测量流体传输到超声波传感器接收信号的传输时间来检测被测量流体的流量。而且，测量流路(3)与分隔板(8)一体成型，分隔板(8)设为随着自成为最大厚度的部分朝向测量流路(3)的入口侧和测量流路(3)的出口侧而变薄的形状。

Description

超声波流量计

技术领域

本发明涉及一种将测量流路利用分隔板分割成多层流路并测量流量的超声波流量计。

背景技术

以往，作为这种超声波流量计，存在如图6所示那样测量流路101、多个分隔板102、卷入流动抑制片103作为独立部件而构成的超声波流量计。测量流路101具有部件插入口106，在将多个分隔板102自该部件插入口106以预定的角度插入到测量流路101内之后，利用卷入流动抑制片103覆盖部件插入口106。然后，将超声波传感器安装块104利用热熔接等方法固定于测量流路101而堵塞部件插入口106，将一对超声波传感器105a、105b安装于超声波传感器安装块104，从而图6所示的超声波流量计成为被测量流体不会泄漏的结构。另外，在卷入流动抑制片103设有供超声波通过的开口部103a、103b(例如参照专利文献1)。此外，在测量流路101设置分隔板102的目的是谋求在测量流路101流通的流体的流速分布的均匀化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-215060号公报

发明内容

然而，在专利文献1所记载的以往的超声波流量计中，具有部件个数较多且成本较高这样的问题。

另外，分隔板102是利用模具冲裁金属板而成形的，但由于在成形时产生毛刺、翘曲而导致表面和背面的状态不同。因此，为了提高测量精度，需要使表背一致，需要进行设计以识别分隔板102的表背。

本公开通过测量流路与分隔板的一体成型，与以往的结构相比削减成本，并且利用随着测量流路与分隔板的一体成型而在分隔板产生的模具的拔模斜度，抑制在分隔板反射的声波的行进方向偏移或流体在分隔板的端部剥离而导致被测量流体的流动产生偏差这样的不良情况。而且，提供一种能够改善由于由该不良情况产生的接收信号波形的紊乱而导致的测量的偏差的超声波流量计。

本公开的超声波流量计包括：测量流路，其供被测量流体流动的流路的截面为矩形；一个或多个分隔板，其将测量流路分割成多个层状流路；以及一对超声波传感器，其配置于层状流路上的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，本公开的超声波流量计包括流量测量部，该流量测量部基于自一个超声波传感器发送的超声波信号在被测量流体传输到另一个超声波传感器接收信号的传输时间来检测被测量流体的流量。而且，测量流路与分隔板一体成型，分隔板设为随着自成为最大厚度的部分朝向测量流路入口侧和测量流路出口侧而变薄的形状。

根据该结构，本公开的超声波流量计与以往相比减少部件个数而削减部件的成本，并且能够改善由被测量流体在分隔板的端部剥离、被测量流体的流动紊乱引起的测量的偏差。

附图说明

图1是第1实施方式的超声波流量计的剖视图。

图2是第1实施方式的超声波流量计的测量流路的立体图。

图3A是图2的3A-3A剖视图。

图3B是图3A的3B部的放大图。

图4是第2实施方式的超声波流量计的与分隔板垂直的方向的剖视图。

图5是第3实施方式的超声波流量计的与分隔板垂直的方向的剖视图。

图6是以往的超声波流量计的分解立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明实施方式。

(第1实施方式)

图1是第1实施方式的超声波流量计的剖视图。图2是第1实施方式的超声波流量计的测量流路的立体图。图3A是图2的3A-3A剖视图。图3B是图3A的3B部的放大图。

如图1和图3A所示，使被测量流体自测量流路入口9向测量流路出口10流通的测量流路3是流通被测量流体的配管，由两个分隔板8分割成三个层状流路3a、3b、3c。传输超声波的开口部6a、6b以相对于该测量流路3倾斜地收发超声波的方式形成于测量流路上表面4，超声波传感器1a、1b以超声波在测量流路底面5反射并通过传输路径P1和P2的方式固定于安装部2a、2b。流量测量部7基于超声波传感器1a、1b间的超声波的传输时间来计算流量。

而且，如图2所示，测量流路3、分隔板8、安装部2a、2b由树脂一体成型。由此，与以往的超声波流量计相比能够减少部件的个数，削减成本。

接着，使用图3A、图3B，详细地说明作为本申请的特征的分隔板8的构造。

本实施方式的分隔板8的形状的目的在于，在一体成型测量流路3、分隔板8的情况下，提高流量测量的精度。

于是，分隔板8设为自成为最大厚度的部分8a朝向测量流路3的测量流路入口9和测量流路出口10侧的部分随着朝向分隔板8的顶端11、12而逐渐变薄的形状。

由于树脂成型的尺寸精度的问题，分隔板8需要一定程度的厚度。然而，分隔板8的位于测量流路入口9侧的端部8d越厚，越容易发生被测量流体的剥离。因此，测量流路3的传输超声波的区域C中的被测量流体的运动变得不稳定。于是，在本实施方式中，通过设置使分隔板8的厚度自成为最大厚度的部分8a朝向分隔板8的各个顶端11、12变细的尖锐部8b、8c，能够抑制被测量流体的剥离，使流量测量稳定化。

另外，分隔板8在传输超声波的区域C中构成与被测量流体的流动方向和超声波传感器1a、1b的声音的放射方向平行的面。

即，为了最大程度地抑制被测量流体的流动的紊乱，分隔板8的截面形状最适于全部由流线形构成。然而，在传输由超声波传感器1a、1b收发的超声波的区域C中，超声波在分隔板8的表面反射，因此，在反射面为曲面的情况下，声波的反射方向根据在分隔板8的哪个位置反射而不同，最终得到的接收信号波形变得不稳定。因此，在传输超声波的区域C中，通过利用尽量是平面且与被测量流体的流动方向和超声波传感器1a、1b的声音的放射方向平行的面构成分隔板8，从而与分隔板8的表面存在倾斜的情况相比减少接收信号波形的偏差，能够进行更稳定的测量。

另外，如图3B所示，也可以将分隔板8的测量流路入口9侧的顶端11设为曲面。而且，也可以将分隔板8的测量流路出口10侧的顶端12也设为曲面。

在由板状的刚体分隔流体的情况下，刚体的前缘圆滑、后缘尖细的泪滴形的截面形状使流体的剥离最少、阻力最小。然而，实际在使用超声波流量计的气量计等中也产生逆流，因此，在后缘尖细的形状的情况下，产生逆流，在被测量流体的流入的角度相对于分隔板的角度偏离时，由后缘引起被测量流体的剥离。因此，传输由超声波传感器测量的超声波的区域的流动紊乱，在顺流时和逆流时流量测量的测量值可能产生差值。

另外，在将分隔板8的顶端设为锐角时，在成型时产生树脂不进入到顶端的填充不足，顶端形状不均匀，这也可能成为被测量流体的流动的紊乱的原因。因此，通过将分隔板8的测量流路入口9侧和测量流路出口10侧这两侧的顶端11、12设为曲面，能够进行更稳定的流量测量。

(第2实施方式)

图4是第2实施方式的超声波流量计的与分隔板垂直的方向的剖视图。与分隔板8平行的方向的剖视图与图1相同。

在超声波流量计中，在顺流的情况下，重要的是主要在由超声波传感器1a、1b测量的区域中减少流体的剥离，在本实施方式中，分隔板13的成为最大厚度的部分13a不是分隔板13的中心点，而是距后缘(测量流路出口10侧)的距离比距前缘(测量流路入口9侧)的距离近。

根据该结构，本实施方式的超声波流量计能够抑制顺流的情况的测量超声波的区域中的流体的剥离，进行更稳定的测量。

另外，在超声波传感器1a、1b的测量区域(传输超声波的区域)中，若分隔板13的表面具有曲面，则声波的反射方向根据在分隔板13的哪个位置反射而不同，接收信号波形变得不稳定，因此，也可以在超声波传感器1a、1b的测量区域尽量不设置曲面，而是利用平面构成。

(第3实施方式)

图5是第3实施方式的超声波流量计的与分隔板垂直的方向的剖视图。与分隔板14平行的方向的剖视图与图1相同。

在本实施方式中，在测量流路15的内壁中的与分隔板14平行的内壁15d、15e设置与相对的分隔板14的斜度对称的斜度。即，为了使由两个分隔板14分割测量流路15而形成的三个层状流路15a、15b、15c的形状相同，在流路的内壁15d、15e也设有与设于分隔板14的拔模斜度θ1相同的斜度。

若各层状流路的被测量流体的流动区域的形状不同，则每层的流速分布、压力损耗不同，每层的流速比远不是均匀的比率。该情况下，若温度、气体种类变化，则流速比也变化，因此，利用软件的修正也难以进行，成为测量流量的误差的原因。相对于此，根据本实施方式，使层状流路15a、15b、15c的形状相同，因此每层的流速比均匀，能够进行更稳定的流量测量。

如上所述，根据本公开，通过测量流路与分隔板的一体成型，与以往的结构相比削减成本，并且设为随着测量流路与分隔板的一体成型而在分隔板产生的模具的拔模斜度。根据该结构，能够改善由于在分隔板反射的声波的行进方向偏移或流体在分隔板的端部剥离而被测量流体的流动产生偏差等而导致的由接收信号波形紊乱引起的测量的偏差。

此外，在上述实施方式的说明所使用的图中，为了容易理解说明，将分隔板的倾斜描绘得较大，但实际的模具的拔模斜度为0.3°左右。另外，将分隔板设为两张来说明，但不言而喻，也可以是一张或三张以上。

如以上说明的那样，第1公开的超声波流量计包括：测量流路，其供被测量流体流动的流路的截面为矩形；一个或多个分隔板，其将测量流路分割成多个层状流路；以及一对超声波传感器，其配置于层状流路上的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，本公开的超声波流量计包括流量测量部，该流量测量部基于自一个超声波传感器发送的超声波信号在被测量流体传输到另一个超声波传感器接收信号的传输时间来检测被测量流体的流量。而且，测量流路与分隔板一体成型，分隔板设为随着自成为最大厚度的部分朝向测量流路入口侧和测量流路出口侧而逐渐变薄的形状。

根据该结构，第1公开的超声波流量计与以往相比能够减少部件个数而削减部件的成本，并且改善由被测量流体在分隔板的端部剥离、被测量流体的流动紊乱引起的测量的偏差。

第2公开的超声波流量计特别在第1公开的基础上，也可以是，成为最大厚度的部分由与被测量流体的流动方向和超声波传感器的声音的放射方向平行的面构成，包含传输超声波传感器所发送的声波的区域的至少局部。

根据该结构，第2公开的超声波流量计使由超声波测量的测量区域的声波的传输和被测量流体的流动均匀化，能够进行更稳定的测量。

第3公开的超声波流量计特别在第1公开的基础上，也可以是，分隔板的至少测量流路入口侧的顶端由曲面构成。

根据该结构，第3公开的超声波流量计能够抑制在成型时在分隔板的顶端产生的填充不足并使分隔板的端部较细，制成抑制被测量流体的流动的紊乱的形状，进行更稳定的测量。

第4公开的超声波流量计特别在第2公开的基础上，也可以是，分隔板的至少测量流路入口侧的顶端由曲面构成。

根据该结构，第4公开的超声波流量计能够抑制在成型时在分隔板的顶端产生的填充不足并使分隔板的端部较细，制成抑制被测量流体的流动的紊乱的形状，进行更稳定的测量。

第5公开的超声波流量计特别在第1公开～第4公开中任一个公开的基础上，也可以是，分隔板的成为最大厚度的部分在从超声波传感器的测量流路内的传输路径的中心点观察时靠近测量流路出口侧。

根据该结构，第5公开的超声波流量计能够抑制顺流的情况的测量超声波的区域中的流体的剥离，进行更稳定的测量。

第6公开的超声波流量计特别在第1公开～第4公开中任一个公开的基础上，也可以是，以测量流路的多个层状流路的形状相同的方式具有与分隔板的形状匹配的斜度。

各个层状流路的形状相同，因而层状流路间的流速比均匀，能够进行更稳定的流量测量。

第7公开的超声波流量计特别在第5公开的基础上，也可以是，以测量流路的多个层状流路的形状相同的方式具有与分隔板的形状匹配的斜度。

各个层状流路的形状相同，因而层状流路间的流速比均匀，能够进行更稳定的流量测量。

第8公开的超声波流量计特别在第1公开～第4公开中任一个公开的基础上，也可以是，还包括用于安装超声波传感器的传感器安装部，将测量流路、分隔板、传感器安装部一体成型。

根据该结构，能够削减超声波传感器安装块所耗费的材料费和组装工时。

第9公开的超声波流量计特别在第5公开的基础上，也可以是，还包括用于安装超声波传感器的传感器安装部，将测量流路、分隔板、传感器安装部一体成型。

根据该结构，能够削减超声波传感器安装块所耗费的材料费和组装工时。

第10公开的超声波流量计特别在第6公开的基础上，也可以是，还包括用于安装超声波传感器的传感器安装部，将测量流路、分隔板、传感器安装部一体成型。

根据该结构，能够削减超声波传感器安装块所耗费的材料费和组装工时。

第11公开的超声波流量计特别在第7公开的基础上，也可以是，还包括用于安装超声波传感器的传感器安装部，将测量流路、分隔板、传感器安装部一体成型。

根据该结构，能够削减超声波传感器安装块所耗费的材料费和组装工时。

产业上的可利用性

如上所述，本公开的超声波流量计能够削减以往产生的部件的成本，并且改善由于由被测量流体在分隔板的端部剥离、被测量流体的流动紊乱引起的厚度的测量的偏差，因此也能够应用于气量计等的用途。

附图标记说明

1a、1b、超声波传感器；2a、2b、安装部；3、15、测量流路；3a、3b、3c、15a、15b、15c、层状流路；6a、6b、开口部；7、流量测量部；8、13、14、分隔板；8a、13a、成为最大厚度的部分；9、测量流路入口；10、测量流路出口；11、12、顶端。

Claims (11)

1.一种超声波流量计，其中，

该超声波流量计包括：

测量流路，其供被测量流体流动的流路的截面为矩形；

一个或多个分隔板，其将所述测量流路分割成多个层状流路；

一对超声波传感器，其配置于所述层状流路上的上游和下游，能够进行超声波信号的收发；以及

流量测量部，其基于自一个所述超声波传感器发送的超声波信号在所述被测量流体传输到另一个超声波传感器接收信号的传输时间来检测所述被测量流体的流量，

所述测量流路与所述分隔板一体成型，所述分隔板设为随着自成为最大厚度的部分朝向测量流路入口侧和测量流路出口侧而变薄的形状。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，

所述成为最大厚度的部分由与所述被测量流体的流动方向和所述超声波传感器的声音的放射方向平行的面构成，包括传输所述超声波传感器所发送的声波的区域的至少局部。

3.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，

所述分隔板的至少所述测量流路入口侧的顶端由曲面构成。

4.根据权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，

所述分隔板的至少所述测量流路入口侧的顶端由曲面构成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

所述分隔板的成为最大厚度的部分在从所述超声波传感器的测量流路内的传输路径的中心点观察时靠近所述测量流路出口侧。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

所述测量流路以所述多个层状流路的形状相同的方式具有与所述分隔板的形状匹配的斜度。

7.根据权利要求5所述的超声波流量计，其特征在于，

所述测量流路以所述多个层状流路的形状相同的方式具有与所述分隔板的形状匹配的斜度。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

该超声波流量计还包括传感器安装部，该传感器安装部用于安装所述超声波传感器，

所述测量流路、所述分隔板、所述传感器安装部一体成型。

9.根据权利要求5所述的超声波流量计，其特征在于，

该超声波流量计还包括传感器安装部，该传感器安装部用于安装所述超声波传感器，

所述测量流路、所述分隔板、所述传感器安装部一体成型。

10.根据权利要求6所述的超声波流量计，其特征在于，

该超声波流量计还包括传感器安装部，该传感器安装部用于安装所述超声波传感器，

所述测量流路、所述分隔板、所述传感器安装部一体成型。

11.根据权利要求7所述的超声波流量计，其特征在于，

该超声波流量计还包括传感器安装部，该传感器安装部用于安装所述超声波传感器，

所述测量流路、所述分隔板、所述传感器安装部一体成型。

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