CN112543861A - 超声波流量计 - Google Patents

超声波流量计 Download PDF

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CN112543861A CN201980052352.2A CN201980052352A CN112543861A CN 112543861 A CN112543861 A CN 112543861A CN 201980052352 A CN201980052352 A CN 201980052352A CN 112543861 A CN112543861 A CN 112543861A
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高桥志英
中井弘
安田宪司
萱场贵士
阿南裕己
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Abstract

超声波流量计包括：测量流路(1)，其供被测量流体流动；以及第1超声波传感器(2a)和第2超声波传感器(2b)，其配置于测量流路(1)上的第1面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，超声波流量计包括流量运算部，该流量运算部基于自第1超声波传感器(2a)发送的超声波信号在被测量流体传输并在与第1面相对的第2面反射至少一次到第2超声波传感器(2b)接收为止的传输时间，检测被测量流体的流量。测量流路(1)包括开口部(6a、6b)，该开口部(6a、6b)用于导入自第1超声波传感器(2a)和第2超声波传感器(2b)放射的声波，测量流路(1)与开口部(6a、6b)一体地成型，在位于开口部(6a、6b)的上游和下游中的至少一者的边缘设有无用声波抑制部。

Description

超声波流量计
技术领域
本发明涉及一种通过测量超声波的传输时间来运算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的结构，例如具有图6所示那样的结构。
如图6所示，以往的超声波流量计具有测量流路101、覆盖测量流路101的开口部106的卷入流动抑制片103、超声波传感器安装块104、超声波传感器105a、105b以及用于将测量流路101分割为多个流路的三张分隔板102。
此外，测量流路101、卷入流动抑制片103、超声波传感器安装块104分别形成为单独的部件。组装时，在将分隔板102自开口部106插入于测量流路101之后，以覆盖开口部106的方式安装卷入流动抑制片103，将超声波传感器安装块104利用熔接等方法固定于测量流路101。在卷入流动抑制片103设有开口部103a、103b，开口部103a、103b供超声波通过，并且调整为在超声波传感器105a、105b附近难以产生由被测量流体的卷入流动引起的乱流那样的大小(例如，参照专利文献1)。
现有专利文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-215060号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在图6所示的以往的超声波流量计的结构中，由于将测量流路101、卷入流动抑制片103、超声波传感器安装块104形成为单独的部件，因此产生部件的材料费和组装的成本。于是，考虑不使用卷入流动抑制片103而将多个部件成型为一个，从而减少部件个数，降低成本。
于是，在图7A、图7B中示出通过将多个部件成型为一个而减少部件个数的一例的超声波流量计。图7A是具有图6所示的超声波流量计的测量流路101、开口部103a、103b以及超声波传感器安装块104一体地成型而成的测量流路201的超声波流量计的立体图。图7B是图7A的7B-7B剖视图。
测量流路201的开口部203a、203b与图6所示的卷入流动抑制片103的开口部103a、103b同样为矩形的形状，但由于通过树脂成型形成，因此具有比卷入流动抑制片103厚的厚度。
在此，在利用超声波传感器205b接收自超声波传感器205a发送的超声波的情况下，超声波沿着传输路径P201在测量流路201的底面反射，沿着传输路径P202到达超声波传感器205b。
由于开口部203a、203b和超声波传感器的安装部204a、204b通过在成型时将模具向与传输路径P201和传输路径P202相同的方向脱出而形成，因此在开口部203a、203b的边缘212a、212b分别形成有与传输路径P201、传输路径P202平行的面。
其结果，自上游侧的超声波传感器205a发送的超声波在开口部203a的上游侧的边缘212a反射并折回，并且到达另一个开口部203b的下游侧的边缘212b并反射，到达下游侧的超声波传感器205b。因而，超声波以比设想的传输路径P201、P202短的传输路径P203作为无用声波向接收侧的超声波传感器205b传输。
因而，通过传输路径P203传输的超声波(无用声波)与通过正规的传输路径P201、P202传输的超声波重叠。传输时间在检测到接收信号波形的预定的电压的时刻进行测量，但由该无用声波的重叠导致接收信号波形变得不稳定，检测预定的电压的时刻偏离，成为测量流量的误差的原因。
图8是表示使用图7A、图7B所示的超声波流量计的测量流路201的情况的接收信号波形的波形图，在接收经由传输路径P201、P202接收的正规的接收信号波形之前，显现经由传输路径P203接收的接收信号波形。
超声波传感器205a、205b自外部收到几个脉冲的发送信号而发送超声波，但超声波信号的放射部在该发送信号的施加停止之后也暂时振动，基于该持续的振动的超声波信号也以传输路径P203传输。因而，若振动持续比经过传输路径P201、P202的情况的传输时间与经过传输路径P203的情况的传输时间的时间差长的时间，则接收信号波形不是仅经由传输路径P201、P202接收的超声波信号，而是成为经由传输路径P203接收的超声波信号的合成波，测量的传输时间产生误差。
用于解决问题的方案
本发明提供一种超声波流量计，该超声波流量计抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于以往的卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型而削减部件个数和成本。
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；以及一对超声波传感器，其配置于测量流路上的第1面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，超声波流量计包括流量运算部，该流量运算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并在与第1面相对的第2面反射至少一次到另一个超声波传感器接收信号为止的传输时间，检测被测量流体的流量。而且，测量流路包括开口部，该开口部用于导入自超声波传感器放射的声波，测量流路与开口部一体地成型，在位于开口部的上游和下游中的至少一者的边缘设有无用声波抑制部。
发明的效果
根据该结构，本公开的超声波流量计能够抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型，削减部件个数和成本。
附图说明
图1是第1实施方式的超声波流量计的结构图。
图2A是第1实施方式的超声波流量计的流路单元的立体图。
图2B是图2A的2B-2B剖视图。
图3是第1实施方式的超声波流量计的接收信号波形图。
图4A是第2实施方式的超声波流量计的立体图。
图4B是第2实施方式的超声波流量计的主要部分放大图。
图5是第3实施方式的超声波流量计的剖视图。
图6是以往的超声波流量计的分解立体图。
图7A是一体成型以往的超声波流量计的情况的立体图。
图7B是图7A的7B-7B剖视图。
图8是使用测量流路201的超声波流量计的接收信号波形图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明实施方式。此外，本公开不限定于该实施方式。
(第1实施方式)
图1是第1实施方式的超声波流量计的结构图。图2A是第1实施方式的超声波流量计的测量流路的立体图。图2B是图2A的2B-2B剖视图。
测量流路1是自流路入口10到流路出口11供被测量流体通过的配管，由两张分隔板8分割为三个层状流路。传输超声波的开口部6a、6b以相对于该测量流路1倾斜地收发超声波的方式形成于测量流路1的作为第1面的上表面4，超声波传感器2a、2b以超声波在测量流路1的作为第2面的底面5反射并通过传输路径P1和P2的方式固定于安装部3a、3b。
超声波传感器2a、2b与流量运算部7连接。如图2A、图2B所示，在开口部6a、6b各自的下游侧和上游侧的两个边缘设有凹凸部9a、9b、9c、9d。流量运算部7基于超声波传感器2a、2b间的超声波的传输时间来运算流量。传输时间在检测到接收信号波形的预定的电压的时刻进行测量。
而且，自超声波传感器2a、2b发送的超声波不是全部相对于超声波传感器2a、2b的放射面垂直地行进，而是还与开口部6a、6b的周边接触并反射。如在以往例中说明的那样，在将开口部的边缘的面设为与P1、P2平行的面的情况下，由无用声波导致接收信号波形变得不稳定，成为测量流量的误差的原因，但在本实施方式的超声波流量计中，将设于开口部6a、6b各自的上游侧和下游侧的边缘的凹凸部9a、9b、9c、9d设为锯齿的形状，例如，并列多个将开口部6a、6b的厚度设为1.5mm、将一边的长度设为1.5mm的正三角形。凹凸部9a、9b作为使声波扩散的无用声波抑制部发挥功能，从而在图2B的情况下，使无用声波难以到达接收侧的超声波传感器2b。在自超声波传感器2b放射超声波的情况下也是，凹凸部9a、9b作为使声波扩散的无用声波抑制部发挥功能，从而使无用声波难以到达接收侧的超声波传感器2a。
图3表示使用本实施方式的超声波流量计的测量流路1的情况的接收信号波形。根据该接收信号波形可知，使用图7所示的测量流路201的情况的在图8所示的接收信号波形中可观测到的无用声波的传输被抑制。
如上所述，根据本实施方式，由于能够抑制在开口部的边缘发生的无用声波的反射，因此即使在一体成型中在开口部产生厚度(通常需要0.5mm以上)的情况下，由于能够准确地测量传输时间，因此也能够进行高精度的流量测量。
(第2实施方式)
图4A是第2实施方式的超声波流量计的测量流路的立体图，图4B是图4A所示的安装部3a的放大图。
如图所示，测量流路1的上游侧的开口部6a的上游侧的边缘形成作为无用声波抑制部的曲面部12a。虽未图示，但在测量流路1的下游侧的开口部的下游侧的边缘也形成曲面部。这样，通过将开口部的边缘设为曲面部12a，从而使自安装于安装部3a的超声波传感器发送的声波扩散，从而能够使无用声波难以到达安装于安装部3b的超声波传感器。
(第3实施方式)
图5是第3实施方式的超声波流量计的剖视图。如图所示，在本实施方式的超声波流量计中，在测量流路1的上游侧的开口部6a的上游侧的边缘设有作为无用声波抑制部的超声波吸收构件13a，在测量流路1的下游侧的开口部6b的下游侧的边缘安装有作为无用声波抑制部的超声波吸收构件13b。通过使该超声波吸收构件13a、13b吸收声波，能够使无用声波难以到达另一个超声波传感器。
此外，超声波吸收构件13a、13b的安装位置和安装范围能够通过实验、模拟来确定。
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；以及第1超声波传感器和第2超声波传感器，其配置于测量流路上的第1面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，超声波流量计包括流量运算部，该流量运算部基于自第1超声波传感器发送的超声波信号在被测量流体传输并在与第1面相对的第2面反射至少一次到第2超声波传感器接收信号为止的传输时间，检测被测量流体的流量。测量流路包括开口部，该开口部用于导入自第1超声波传感器和第2超声波传感器放射的声波，测量流路与开口部一体地成型，在位于开口部的上游和下游中的至少一者的边缘设有无用声波抑制部。
根据该结构，能够抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型，削减部件个数和成本。
第2公开的超声波流量计在第1公开的基础上，也可以是，无用声波抑制部通过将开口部的边缘形成为凹凸形状而使声波漫反射。
根据该结构，能够抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型，削减部件个数和成本。
第3公开在第1公开的基础上，也可以是，无用声波抑制部通过将开口部的边缘形成为曲面而使声波扩散反射。
根据该结构，能够抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型，削减部件个数和成本。
第4公开在第1公开的基础上，也可以是，作为无用声波抑制部，在开口部的边缘安装有超声波吸收构件。
根据该结构，能够抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型，削减部件个数和成本。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的超声波流量计能够削减成本，并且使无用声波难以到达，从而抑制无用声波，使接收信号波形稳定，维持流量测量的精度，并且将相当于卷入流动抑制片的部分与其他部件一体成型而削减部件个数和成本。
附图标记说明
1、测量流路；2a、第1超声波传感器；2b、第2超声波传感器；3a、3b、安装部；4、上表面(第1面)；5、底面(第2面)；6a、6b、开口部；7、流量运算部；8、分隔板；9a、9b、凹凸部(无用声波抑制部)；12a、12b、曲面部(无用声波抑制部)；13a、13b、超声波吸收构件(无用声波抑制部)。

Claims (4)

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；
第1超声波传感器和第2超声波传感器，其配置于所述测量流路上的第1面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发；以及
流量运算部，其基于自所述第1超声波传感器发送的超声波信号在所述被测量流体传输并在与所述第1面相对的第2面反射至少一次到所述第2超声波传感器接收信号为止的传输时间，检测所述被测量流体的流量，
所述测量流路包括开口部，该开口部用于导入自所述第1超声波传感器和所述第2超声波传感器放射的声波，
所述测量流路与所述开口部一体地成型，
在位于所述开口部的上游和下游中的至少一者的边缘设有无用声波抑制部。
2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其中，
所述无用声波抑制部通过将所述开口部的所述边缘形成为凹凸形状而使声波漫反射。
3.根据权利要求1所述的超声波流量计，其中，
所述无用声波抑制部通过将所述开口部的所述边缘形成为曲面而使声波扩散反射。
4.根据权利要求1所述的超声波流量计，其中，
作为所述无用声波抑制部，在所述开口部的所述边缘安装有超声波吸收构件。
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