CN113383212A - 超声波流量计 - Google Patents

Abstract

超声波流量计包括：流路体(1)，其具有供被测量流体流动的流路(2)；一对超声波收发器，其配置于流路体(1)；基板(9)，其固定于流路体(1)；平板状的传感器板(8)，其配置有检测被测量流体的温度的温度传感器(11)；以及运算部，其根据超声波收发器间的超声波的传输时间和温度传感器的检测温度运算被测量流体的流量。传感器板(8)构成为从基板(9)突出，并且构成为在将基板(9)固定于流路体(1)时从设于流路体(1)的传感器孔(10)向流路(2)的流路截面内突出。根据该结构，大幅减小流路(2)的环境温度的影响而能够高精度地测量流体温度，能够实现测量精度较高的超声波流量计。

Description

超声波流量计

技术领域

本公开涉及一种超声波流量计，该超声波流量计使超声波传输到在测量流路流动的流体而测量流体的流速，附加流体的温度测量而提高测量精度。

背景技术

以往，作为利用超声波测量流量并也测量流体的温度的超声波流量计，已知将筒状的热敏电阻插入到流路内而测量温度的超声波流量计(例如，参照专利文献1)。

图9表示专利文献1所记载的超声波流量计的截面。

在该流量计中，将一对超声波收发器101、102配置于流路体103，针对各个超声波收发器101、102设置反射超声波的偏转镜104、105而使超声波在测量流路106传输而进行流速、流量的测量。而且，以位于流动中心部的方式将筒状的热敏电阻108从流路体103的壁面插入到流路107的下游侧，利用O形密封圈110等将热敏电阻108的安装部109气密密封，测量流体的温度。

现有技术文献

专利文献

专利文献：日本特表2004-526127号公报

发明内容

然而，在以往的结构中，利用金属管等构成热敏电阻108的筒状部并在顶端配置温度检测部，从而在金属制的筒状部的导热作用下受到流路体103的外壁面的温度的影响。特别是，在流路体103的外壁面的环境温度与流体温度之差较大的情况下具有温度测量产生误差这样的问题。

另外，如图9所示的以往的结构那样，通过缩小筒状部的直径，在流速较快等来自流体的热传递较高的情况下能够减小来自壁面的影响，但在被测量流体为气体的情况、流速较慢的情况等热传递不大时，受到流路体103的壁面温度的影响而有可能产生温度测量误差。

本公开提供一种大幅减小环境温度的影响而高精度地测量流体温度并提高流量测量的精度的超声波流量计。

本公开的超声波流量计包括：流路体，其具有供被测量流体流动的流路；一对超声波收发器，其配置于流路体；基板，其固定于流路体；以及平板状的传感器板，其配置有检测被测量流体的温度的温度传感器。另外，包括运算部，该运算部根据超声波收发器间的超声波的传输时间和温度传感器的检测温度运算被测量流体的流量。传感器板构成为从基板突出，在将基板固定于流路体时从设于流路体的传感器孔向流路的流路截面内突出。根据该结构，大幅减小流路的环境温度的影响而能够高精度地测量流体温度，能够实现测量精度较高的流量计。

本公开的超声波流量计具有突出地固定于基板的设有温度传感器的平板状的传感器板，传感器板通过沿着流路的流动方向延伸且向流动截面内突出地配置温度传感器而大幅减小流路的环境温度的影响而能够高精度地测量流体温度，能够实现通用性较高且测量精度较高的流量计。

附图说明

图1是第1实施方式的超声波流量计的横剖视图。

图2是图1的2-2剖视图。

图3是表示第1实施方式的超声波流量计的传感器板的图2的A向视图。

图4是第1实施方式的超声波流量计的基板和传感器板的立体图。

图5是表示第2实施方式的超声波流量计的传感器板的结构的局部立体图。

图6是表示第2实施方式的超声波流量计的传感器板的另一结构的局部立体图。

图7是第3实施方式的超声波流量计的横剖视图。

图8A是第4实施方式的超声波流量计的纵剖视图。

图8B是表示第4实施方式的超声波流量计的传感器板的另一结构的图。

图9是表示以往的超声波流量计的流路的结构的剖视图。

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)

使用图1～图4，说明第1实施方式。

图1是第1实施方式的超声波流量计的横剖视图。图2是图1的2-2剖视图。图3是表示第1实施方式的超声波流量计的传感器板的图2的A向视图。图4是第1实施方式的超声波流量计的基板和传感器板的立体图。

如图1～图4所示，在流路体1配置有一对超声波收发器3、4，该一对超声波收发器3、4相对于供被测量流体(空气、甲烷、氮气、氢气等气体、水、煤油等液体)流动的流路2的流动轴线方向具有预定的角度θ地相对。该超声波收发器3、4利用防振密封体6和固定体7收纳于向流路2开口的开口孔5，气密地设置以防止被测量流体从开口孔5漏出。

另外，在该流路2的比配置有超声波收发器4的开口孔5靠下游侧的位置形成有传感器孔10，搭载用于测量被测量流体的温度的温度传感器11的平板状的传感器板8突出至比传感器孔10靠流路2内的位置。传感器板8以从基板9突出的方式固定于基板9，以将传感器板8插入到流路体1的传感器孔10且温度传感器11位于流路2的矩形截面内的大致中央部的方式配置。在固定有传感器板8的基板9与流路2之间夹有O形密封圈等密封体12而气密地保持而防止被测量流体向流路体1的外部漏出。

该流路2经由入口连接部13、出口连接部14而与外部的配管(未图示)连接而使被测量流体流动。

在此，如图4所示，传感器板8为相对于宽度W、高度W而言厚度T极小的薄片状的长条那样的形状，如图3和图4所示，将传感器板8的宽度W方向配置为沿着流路2内的流动方向F的方向而不易受到被测量流体的流动的流动阻力。另外，通过对设有该温度传感器11的传感器板8的表面进行包覆处理，从而提高针对被测量流体的耐腐蚀性。

另外，传感器板8设为具有并非利用硬度较硬的所谓的刚性基板形成，而是利用膜状的挠性基板形成且能够弯曲的挠性部18的结构，从而进一步减薄厚度T而能够减小被测量流体的流动阻力，而且即使在生产时、维护时误接触也能够弯曲并卸力，从而能够防止传感器板8的折损。

另外，在传感器板8配置有根据流体压力来校正流量测量值的压力传感器15，如图2所示，压力传感器15以不直接暴露于流路2内的主流，而是位于传感器孔10内的方式设置，不易受到被测量流体的流动阻力。

另外，如图1和图2所示，为了可靠且牢固地保持传感器板8，在传感器孔10内的流路2的壁面设有槽状的引导部19(在图2中剖切局部地表示)。引导部19供传感器板8在传感器孔10内嵌合而进行支承。而且，传感器板8的顶端部8a插入到使流路2的壁面凹陷而形成的顶端引导槽20并接触，顶端引导槽20保持传感器板8的顶端部8a。这样，引导部19在传感器孔10内支承传感器板8，并且顶端引导槽20保持传感器板8的顶端部8a，从而防止由被测量流体的流动导致的传感器板8的振动，防止安装于连接器部16的传感器板8从基板9脱落。

此外，在本实施方式中，示出了通过在传感器板8配置压力传感器15而检测压力作为温度以外的流体特性值的情况，但通过将浓度、湿度等、CO等的气体检测传感器等搭载于传感器板8，能够测量与各传感器对应的特性，能够提高流体特性的测量功能。

另外，通过利用挠性基板形成传感器板8，能够在塑料的膜内设置布线部，不需要用于赋予耐腐蚀性的表面的包覆处理，能够谋求低成本化和简单化。

而且，如图4所示，基板9设为将配置有传感器板8的传感器部9a与包含超声波的收发和流量测量控制电路的控制部9b一体化，不需要传感器板8和控制部9b的利用引线的连接的结构。另外，基板9通过利用图2所示的金属制的壳体30覆盖而进行屏蔽。

接着，说明本实施方式的超声波流量计的动作。

测量从一个超声波收发器3或4对在流路2流动的被测量流体发送超声波并利用另一个超声波收发器4或3接收该超声波而传输所需要的时间。然后，利用以下所谓的时间差法进行超声波流量测量，即，根据从上游侧向下游侧的传输时间与从下游侧向上游侧的传输时间的时间差测量流速，根据已知的横截面积S进行流量的测量。

在控制部9b配置微型计算机部，该微型计算机部包含利用超声波收发器3、4进行超声波的收发的收发电路、根据传输时间计算流量的运算电路、输出运算结果的输出电路，控制部9b利用引线22与超声波收发器3和4连接。另外，将设有传感器板8的传感器部9a与具有微型计算机部的控制部9b一体化，利用基板9内的印刷布线连接传感器部9a和控制部9b，取消控制部9b和传感器部9a的利用引线的连接，实现结构的简单化和低成本化、组装性的提高。另外，通过夹有图2所示的密封体12地安装于流路体1，能够同时实现基板9的组装和传感器板8的气密密封，因此能够提高组装性。

另外，在基板9设有连接端子23，经由该连接端子23而与外部进行向传感器部9a、控制部9b的电源供给、测量指示、测量结果的输出等。

在被测量流体的流量测量中，为了根据传输时间计算流速，知晓超声波的声速是非常重要的。若被测量流体的温度为已知的值且大致恒定，则也可以设为预定的一定值并输入来设定并测量，但由于声速的根据温度的变化较大，因此在作为通用的流量计使用的情况下，检测流体温度并使用该流体温度下的声速值来提高测量精度是有效的。在本实施方式中，将温度传感器11设于紧凑且简单的结构的传感器板8，因此能够实现以简单且紧凑的结构进一步提高测量精度的通用性、便利性较高的超声波流量计。

而且，通过对传感器板8添加压力传感器15，能够实现紧凑的传感器部而实现部件的简单化、低成本化，通过针对压力条件不同的各种被测量流体使用与被测量流体的压力对应的流动状态、声速，能够进一步提高测量精度，能够提供进一步提高测量精度的通用性、便利性提高的流量计。

此外，与由温度变化导致的声速变化的大小相比，由压力变化导致的声速变化不太大，因此压力检测的必要性小于温度检测的必要性，但通过组装压力传感器15，能够针对压力不同的用途实现较高的测量精度，能够进一步提高通用性。此外，在本实施方式中，压力传感器15收纳配置于不易受到被测量流体的流动阻力的传感器孔10内，因此能够不怎么考虑流动阻力地选择压力传感器15，能够缓和压力传感器15的大小的容许范围的限制，提高部件选定的自由度。

另外，传感器板8设有利用挠性基板形成的能够弯曲的挠性部18，因此即使在制造时、更换时等在组装前误接触，也能够利用挠性部18弯曲并卸力而防止由意外的接触导致的折损，能够容易处理而提高组装性。

另外，传感器板8通过其顶端部8a插入到设于流路2的壁面的顶端引导槽20并接触，从而抑制由被测量流体的流动导致的传感器板8的振动而防止破损，而且在设置并组装连接器部16的情况下能够防止传感器板8从连接器部16脱出而脱落。

另外，传感器板8通过与设于流路2的壁面的引导部19嵌合，从而利用引导部19按压传感器板8而防止由被测量流体的流动导致的传感器板8的振动，从而防止破损，能够利用较薄的挠性基板作为传感器板8而能够使结构简单化，能够提高可靠性。

(第2实施方式)

图5是表示第2实施方式的超声波流量计的传感器板的结构的局部立体图，其他结构与第1实施方式同样而省略说明。

如图5所示，在基板9固定配置连接器部16，将具有电触点17的传感器板24插入到该连接器部16，经由电触点17而进行温度检测信号、压力检测信号的信号传递，将传感器板24装卸自如地安装于基板9。

图6是表示图5所示的传感器板24的另一结构的立体图，如图所示，传感器板25设为以下结构，即，利用膜状的挠性基板形成，并且使配置有传感器的部分的厚度T1较大而使其他部分的厚度T2维持较薄(T1＞T2)，以厚度T2具有能够弯曲的挠性部18a、18b、18c，因此能够兼顾传感器板25的强度提高和折损防止。

而且，根据本实施方式的传感器板24、25，通过在基板9设置连接器部16而将传感器板24、25装卸自如地安装，设为经由电触点17而进行与基板9侧之间的信号传递的结构，从而传感器板24、25装卸自如，因此能够进行适于测量目的的不同、被测量流体的不同的部件的选定或重组。

因此，从流量计的生产者的角度来看，能够提高针对品种扩大的部件共用化等生产性，另外，从流量计的利用者的角度来看，能够利用较少的投资提高由传感器板更换实现的用途扩大和维护性，能够实现提高通用性的生产性和维护性较佳的超声波流量计。

另外，在连接器部16存在电触点17，从而存在无法使用水等导电性的液体作为被测量流体的限制，但生产性、通用性的提高和维护性的提高更有效果。

(第3实施方式)

图7是第3实施方式的超声波流量计的横剖视图。在第3实施方式的超声波流量计中，将传感器板8配置于流路2的比配置有超声波收发器3的开口孔5靠上游侧的位置，其他结构与第1实施方式同样而省略说明。

在本实施方式中，将传感器板8配置于流路2的上游侧而设为调节被测量流体的流动状态的整流体21，从而能够进行减少被测量流体的流动的紊乱的更稳定的流量测量。而且，能够利用较薄的传感器板8防止流动阻力的增大。

(第4实施方式)

图8A是第4实施方式的超声波流量计的纵剖视图。图8B是表示第4实施方式的超声波流量计的传感器板的另一结构的图。如图8A所示，通过以使基板28的局部在平面上突出的方式与基板28一体地构成传感器板26，从而在配置构成基板28上的控制部的电路部件时，能够同时配置传感器板26的温度传感器11、压力传感器15，因此能够实现工时削减。另外，如图8B所示，在使用连接器部16并以与基板29的平面平行地突出的方式构成传感器板27的情况下，能够获得与基板29的第2实施方式同样的效果。

以上，在本实施方式中，作为一对超声波收发器的配置，说明了超声波的传输路径形成仅穿过流动一次的所谓的Z字型的结构，但不限于此，也可以是将一对超声波收发器配置于测量流路的同一侧且该超声波传输路径形成V字型的结构或成为与流动平行的I字型等那样的结构。

另外，在此，测量流路示出了矩形截面的例子，但不言自明，除此以外的圆形截面也是同样的。

如以上说明那样，第1公开包括：流路体，其具有供被测量流体流动的流路；一对超声波收发器，其配置于流路体；基板，其固定于流路体；平板状的传感器板，其配置有检测被测量流体的温度的温度传感器；以及运算部，其根据超声波收发器间的超声波的传输时间和温度传感器的检测温度运算被测量流体的流量。传感器板构成为从基板突出，并且构成为在将基板固定于流路体时从设于流路体的传感器孔向流路的流路截面内突出。

根据该结构，大幅减小流路的环境温度的影响而能够高精度地测量流体温度，能够实现测量精度较高的超声波流量计。

第2公开特别在第1公开的基础上，也可以是，传感器板从基板垂直地突出并固定，在基板与流路体之间具备防止被测量流体从传感器孔泄漏的密封体。根据该结构，能够以简单的结构实现传感器的布线和气密结构。

第3公开特别在第1公开或第2公开的基础上，也可以是，在基板配置连接器部，借助连接器部将传感器板装卸自如地安装。

根据该结构，能够选定适于测量目的的不同、被测量流体的不同的部件，能够提高超声波流量计的通用性，能够实现传感器更换的维护性较佳的超声波流量计。

第4公开特别是在第1公开～第3公开中任一公开的基础上，也可以是，在传感器板设有利用挠性基板形成的能够弯曲的挠性部。根据该结构，能够防止由制造时、部件更换时的意外的接触导致的传感器板的折损，能够提高组装性。

第5公开特别在第1公开～第4公开中任一公开的基础上，也可以是，设为传感器板的顶端部与流路的壁面接触的结构。根据该结构，抑制由被测量流体的流动导致的传感器板的振动而防止破损，在设有连接器部的情况下能够防止传感器板从连接器部脱落。

第6公开特别在第1公开～第5公开中任一公开的基础上，也可以是，使传感器板与设于传感器孔的内壁面的引导部嵌合。根据该结构，抑制由被测量流体的流动导致的传感器板的振动而防止破损，能够利用较薄的挠性基板作为传感器板，能够使结构简单化，能够提高可靠性。

第7公开特别在第1公开～第6公开中任一公开的基础上，也可以是，将传感器板配置于流路的上游侧而设为调节被测量流体的流动的整流体。根据该结构，能够减小流动的紊乱而能够进行稳定的流量测量，能够利用较薄的传感器板防止流动阻力的增大。

第8公开特别在第1公开～第7公开中任一公开的基础上，也可以是，在传感器板具备检测被测量流体的作为流体特性的压力的压力传感器。根据该结构，实现紧凑的传感器部，能够实现部件的简单化、低成本化，能够实现提高通用性且进一步提高测量精度的超声波流量计。

第9公开特别在第1公开～第8公开中任一公开的基础上，也可以是，将运算部构成于基板。根据该结构，能够以低成本实现紧凑的组装性较佳的超声波流量计。

产业上的可利用性

如以上所述，本公开的超声波流量计能够高精度地测量流体温度，能够实现测量精度较高的流量计，而且能够简单地构成传感器的布线和气密结构，能够实现组装性、维护性较佳且通用性较高的超声波流量计。

通过采用该方法，即使在应测量流体改变或测量目的不同的情况下也能够仅通过更换传感器板来应对，能够构筑应用范围较广且通用性较高的超声波流量计的系统化。

附图标记说明

1、流路体；2、流路；3、4、超声波收发器；8、24、25、26、27、传感器板；8a、顶端部；9、28、29、基板；9a、传感器部；9b、控制部(运算部)；10、传感器孔；11、温度传感器；12、密封体；15、压力传感器；16、连接器部；18、18a、18b、18c、挠性部；19、引导部；21、整流体。

Claims (9)

1.一种超声波流量计，其特征在于，

该超声波流量计包括：

流路体，其具有供被测量流体流动的流路；

一对超声波收发器，其配置于所述流路体；

基板，其固定于所述流路体；

平板状的传感器板，其配置有检测所述被测量流体的温度的温度传感器；以及

运算部，其根据所述超声波收发器间的超声波的传输时间和所述温度传感器的检测温度运算被测量流体的流量，

所述传感器板构成为从所述基板突出，并且在将所述基板固定于所述流路体时从设于所述流路体的传感器孔向所述流路的流路截面内突出。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，

所述传感器板从所述基板垂直地突出并固定，在所述基板与所述流路体之间具备防止被测量流体从所述传感器孔泄漏的密封体。

3.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，

在所述基板配置连接器部，借助该连接器部将所述传感器板装卸自如地安装。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

在所述传感器板设有利用挠性基板形成的能够弯曲的挠性部。

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，

所述传感器板的顶端部与所述流路的壁面接触。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

使所述传感器板与设于所述传感器孔的内壁面的引导部嵌合。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

将所述传感器板配置于所述流路的上游侧而设为调节被测量流体的流动的整流体。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

在所述传感器板具备检测所述被测量流体的作为流体特性的压力的压力传感器。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的超声波流量计，其特征在于，

将所述运算部构成于所述基板。

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