CN112585434A - 超声波流量计 - Google Patents

Abstract

超声波流量计包括：流路(1)，其供被测量流体流动，截面呈矩形；以及分隔板(8)，其将流路(1)分割为测量流路(12)和非测量流路(13a、13b)。另外，超声波流量计包括：一对超声波传感器，其配置于形成流路(1)的面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发；以及流量运算部，其基于传输时间而检测被测量流体的流量。超声波流量计包括开口部(14a、14b、14c、14d、14e、14f)，它们将测量流路(12)及非测量流路(13a、13b)和超声波传感器的某一空间连起来，并且超声波传感器通过开口部(14b、14e)而使超声波主要仅在测量流路(12)传输。

Description

超声波流量计

技术领域

本公开涉及一种流路分割为多层并利用超声波传感器测量流量的超声波流量计。

背景技术

作为以往的超声波流量计，将流路利用分隔板分割为多个流路而形成多层流路，使超声波信号在多层流路的一部分层或全部层传输而测量流量(例如参照专利文献1、2)。

图6A是专利文献1所记载的构成以往的超声波流量计的流路的剖视图，图6B是图6A的主要部分放大图。

流路101被分隔板104分割。在流路101中，在流路的上游、下游分别安装有一个超声波传感器105，超声波传感器105具有压电元件106。超声波自发送侧到达接收侧，利用其传输时间测量被测量流体的流量。

超声波通常直行性较高，主要自压电元件的振动面垂直地收发超声波。而且，在专利文献1中，考虑到分割的流路的各层的流路比例不恒定的情况，为了测量全部层，压电元件的振动面设为跨分割的流路的全部层的大小。

图7A是专利文献2记载的以往的超声波流量计的流路部分的横剖视图。图7B是图7A的7B-7B线剖视图。

在测量部201保持有测量流路体205，超声波传感器204a、204b以通过测量流路体205的开口部209而收发超声波的方式安装于测量部201。测量流路体205由分隔板210分割为4层，收发面主要与中央的相邻的两层相对。另外，不需要使各层的截面积全部相同。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-240504号公报

专利文献2：日本特开2004-264064号公报

发明内容

然而，如专利文献1所示，若测量全部层，则需要跨全部层的大小的压电元件，耗费成本。

另外，如专利文献2所示，若仅在多层流路的一部分层设置开口部而进行测量，则仅具有开口部的层受到在开口部产生的流动、涡流的影响，对各层的流速比产生影响。该流速比的影响的方式不仅是流量，还根据气体种类、温度等各种各样的原因而不同，因此难以进行利用软件的校正，具有测量的流量产生误差、偏差这样的问题。

本发明提供一种超声波流量计，该超声波流量计与以往的超声波流量计相比减少成本，并且消除测量流路和非测量流路的流速自开口部受到的影响的差，抑制流速比的偏差，从而能够进行高精度的流量测量。

本公开的超声波流量计包括：流路，其供被测量流体流动，截面呈矩形；分隔板，其将流路分割为多个层而形成层状流路；以及一对超声波传感器，其配置于形成流路的面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，超声波流量计包括：流量测量部，其基于自一对超声波传感器中的一者发送的超声波信号在被测量流体传输到一对超声波传感器中的另一者接收信号为止的传输时间而测量被测量流体的流量；安装部，其用于将超声波传感器安装于流路；以及开口部，其设于安装部的正下方，供超声波通过。而且，开口部为面向层状流路的多个层的大小，超声波传感器设为使超声波主要仅在层状流路的一部分层传输的结构。

根据该结构，本公开的超声波流量计与以往的超声波流量计相比减少成本，并且抑制测量流路和非测量流路的流速比的偏差，从而能够进行高精度的流量测量。

附图说明

图1是实施方式的超声波流量计的结构图。

图2A是实施方式的超声波流量计的流路的立体图。

图2B是实施方式的超声波流量计的流路的俯视图。

图2C是图2A的2C-2C线剖视图。

图3A是实施方式的超声波流量计的超声波传感器的立体图。

图3B是图3A的3B-3B线剖视图。

图4是实施方式的超声波流量计的调整了开口部的面积的流路的俯视图。

图5是实施方式的超声波流量计的安装了乱流化机构的流路的立体图。

图6A是表示构成以往的超声波流量计的测量部的外观结构的剖视图。

图6B是图6A的主要部分放大图。

图7A是以往的超声波流量计的横剖视图。

图7B是图7A的7B-7B线剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明实施方式。

(实施方式)

图1是实施方式的超声波流量计的结构图。图2A是实施方式的超声波流量计的流路的立体图。图2B是实施方式的超声波流量计的流路的俯视图。图2C是图2A的2C-2C线剖视图。

本实施方式的超声波流量计由流路1、一对超声波传感器2a、2b以及流量运算部7构成。

在流路1形成有用于安装超声波传感器2a、2b的安装部3a、3b、将流路1分割为三个层状流路12、13a、13b的两个分隔板8、流路入口10、流路出口11。

一对超声波传感器2a、2b相互收发超声波，例如自发送侧的超声波传感器2a发送的超声波在流路底面5反射，通过传输路径P1、P2，到达接收侧的超声波传感器2b。在自超声波传感器2b发送超声波的情况下，在流路底面5反射而到达超声波传感器2a。流量运算部7基于超声波传感器2a、2b之间的超声波的传输时间而计算测量流量。

此外，如下所述，构成为自超声波传感器2a、2b发送的超声波主要在层状流路12传输。这样，在层状流路12测量被测量流体的流量，因此，以下，为了便于说明，将层状流路12称为测量流路，将层状流路13a、13b称为非测量流路。

通过将超声波传感器2a、2b无间隙地安装于安装部3a、3b，从而防止被测量流体从流路入口10、流路出口11以外流动。如图2B、图2C所示，开口部14b形成于作为测量流路的层状流路12的上游侧，开口部14e形成于作为测量流路的层状流路12的下游侧。开口部14a、14c形成于作为非测量流路的层状流路13a、13b的上游侧，开口部14d、14f形成于作为非测量流路的层状流路13a、13b的下游侧。

为了能够在一对超声波传感器2a、2b之间进行超声波的收发，安装部3a、3b需要将超声波传感器2a、2b相对于流路1倾斜地安装。因此，在超声波传感器2a与开口部14a～14c之间存在空间部9a，在超声波传感器2b与开口部14d～14f之间存在空间部9b。

图3A是实施方式的超声波流量计的超声波传感器的立体图。图3B是图3A的3B-3B线剖视图。

如图3A、图3B所示，超声波传感器2a、2b在金属制的支承体21的一个面利用粘接剂粘接有声匹配层24，在支承体21的另一个面利用导电性的粘接剂粘接有压电元件25。引线26a与压电元件25的未连接于支承体21的电极电连接，引线26b与支承体21电连接，经由支承体21而与压电元件25的连接于支承体21的电极电连接。

另外，除了声匹配层24以外的部分由绝缘性减振构件23覆盖，但支承体21的相对的两个部位向绝缘性减振构件23的外方伸出。在支承体21的向绝缘性减振构件23的外方伸出的部分形成有被安装部22，该被安装部22形成为圆弧状，该被安装部22固定于安装部3a、3b。而且，超声波传感器2a、2b经由引线26a、26b而与流量运算部7连接。

另外，压电元件25的大小成为图3B所示的与分隔板8垂直的方向的边的长度W与作为测量流路的层状流路12的与分隔板8垂直的方向的宽度，即，作为测量流路的层状流路12的宽度相等的大小，具有声匹配层24的部分面向作为测量流路的层状流路12的开口部14b、14e。因而，自超声波传感器2a、2b放射的超声波主要仅在作为测量流路的层状流路12中传输。由此，与测量全部层的情况相比，能够减小压电元件25的大小，能够削减超声波传感器2a、2b所耗费的成本。

流路1的截面呈矩形，作为测量流路的层状流路12、作为非测量流路的层状流路13a、13b的截面形状成为相同的尺寸的矩形。开口部14a、14b、14c、开口部14d、14e、14f分别成为相同的尺寸的矩形，如图2C所示，形成为与分隔板8垂直的方向的边在同一线上对齐。

此外，作为中央的测量流路的层状流路12和作为非测量流路的层状流路13a、13b的流速不同，因此如图4所示的流路30那样，作为测量流路的层状流路12、作为非测量流路的层状流路13a、13b的截面积和开口部14a、14b、14c、14d、14e、14f的大小也可以进行调整以使流速比的变化成为目标的值。另外，开口部14a～14f的形状也可以设为在边设有凹凸形状、将边缘、边设为圆弧形状这样的矩形以外的形状。

在开口部14a～14f的周边，产生流动、涡流，对作为测量流路的层状流路12、作为非测量流路的层状流路13a、13b的压力损耗等产生影响。因而，在仅在作为测量流路的层状流路12形成有开口部14b、14e的情况下，在开口部的周边产生根据流量、温度、气体种类等而不同的流动、涡流，对作为测量流路的层状流路12的被测量流体的流动容易程度产生影响，成为无法校正的流速比的变化的原因。

在本实施方式中，在全部层形成有开口部14a～14f，因此各层状流路的形状相同，能够使流动的条件相同，因此即使流量、温度、气体种类等变化，流速比也难以产生偏差。由此，能够进行精度更高的流量测量。

另外，如图5所示，也可以在流路入口10设置乱流化装置15，该乱流化装置15具有将流路入口10的相对的两边相连的两根棒状部15a、15b，使被测量流体乱流化。乱流化装置15安装于流路入口10，使向流路入口10流入的被测量流体乱流化。另外，乱流化装置15也可以与流路入口10一体成型，另外，也可以具有网眼的构造。当在作为测量流路的层状流路12、作为非测量流路的层状流路13a、13b流动相同的流量时，对于在开口部14a～14f周边产生的流动、涡流而言，即使流量、温度、气体种类等变化，在作为测量流路的层状流路12、作为非测量流路的层状流路13a、13b中也相等。若在流路入口10被测量流体乱流化，则在作为测量流路的层状流路12、作为非测量流路的层状流路13a、13b均匀地流动被测量流体，由此，能够进一步抑制流速比的偏差，进行更高精度的流量测量。

如以上说明的那样，第1公开的超声波流量计包括：流路，其供被测量流体流动，截面呈矩形；分隔板，其将流路分割为多个层而形成层状流路；以及一对超声波传感器，其配置于形成流路的面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发。另外，超声波流量计包括：流量测量部，其基于自一对超声波传感器中的一者发送的超声波信号在被测量流体传输到一对超声波传感器中的另一者接收信号为止的传输时间而检测被测量流体的流量；安装部，其用于将超声波传感器安装于流路；以及开口部，其设于安装部的正下方，供超声波通过。而且，开口部为面向层状流路的多个层的大小，超声波传感器设为使超声波主要仅在层状流路的一部分层传输的结构。

根据该结构，与以往的超声波流量计相比减少成本，并且消除测量流路和非测量流路的流速自开口部受到的影响的差，抑制流速比的偏差，从而能够进行高精度的流量测量。

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，层状流路的数量为奇数，超声波传感器使超声波主要在中央的层状流路传输。

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，超声波传感器具有金属制的支承体和与金属制的支承体接合的压电元件，压电元件的振动面的宽度与供超声波传输的层的宽度大致相同。

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，超声波传感器具有金属制的支承体和与金属制的支承体接合的压电元件，压电元件的振动面的宽度与供超声波传输的层的宽度大致相同。

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，在流路的供被测量流体通过的入口部设有使被测量流体乱流化的乱流化装置。

根据该结构，与以往的超声波流量计相比减少成本，并且测量流路和非测量流路的流速比均匀，从而能够进行高精度的流量测量。

产业上的可利用性

如以上所述，本公开的超声波流量计与以往的超声波流量计相比减少成本，并且测量流路和非测量流路的流速保持均匀，抑制流速比的偏差，从而能够进行高精度的流量测量，因此能够应用于家庭用流量计和工业用流量计的用途。

附图标记说明

1、30、流路；2a、2b、超声波传感器；3a、3b、安装部；7、流量运算部；8、分隔板；9a、9b、空间部；12、层状流路(测量流路)；13a、13b、层状流路(非测量流路)；14a、14b、14c、14d、14e、14f、开口部；15、乱流化装置；21、支承体；25、压电元件。

Claims (5)

1.一种超声波流量计，其中，

该超声波流量计包括：

流路，其供被测量流体流动，截面呈矩形；

分隔板，其将所述流路分割为多个层而形成层状流路；

一对超声波传感器，其配置于形成所述流路的面的上游和下游，能够进行超声波信号的收发；

流量运算部，其基于自所述一对超声波传感器中的一者发送的超声波信号在所述被测量流体传输到所述一对超声波传感器中的另一者接收信号为止的传输时间而检测所述被测量流体的流量；

安装部，其用于将所述超声波传感器安装于所述流路；以及

开口部，其设于所述安装部的正下方，供超声波通过，

所述开口部以面向所述层状流路的多个层的方式开口，

所述超声波传感器能够使超声波仅在所述层状流路的一部分层传输。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其中，

所述层状流路的数量为奇数，所述超声波传感器使超声波主要在中央的所述层状流路传输。

3.根据权利要求1所述的超声波流量计，其中，

所述超声波传感器具有金属制的支承体和与所述金属制的支承体接合的压电元件，所述压电元件的振动面的宽度与供超声波传输的所述层状流路的宽度大致相同。

4.根据权利要求2所述的超声波流量计，其中，

所述超声波传感器具有金属制的支承体和与所述金属制的支承体接合的压电元件，所述压电元件的振动面的宽度与供超声波传输的所述层状流路的宽度大致相同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波流量计，其中，

所述流路在供所述被测量流体通过的入口部设有乱流化装置，该乱流化装置使所述被测量流体乱流化。

Images