CN1754085A - 超声波式流体测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够进行高精度流体测量的超声波式流体测量装置，在流体通路的中途设置有通过隔板(2)而形成了多个分隔流路(3)的测定部(1)，至少由1对超声波信号发送接收装置，向流过分隔流路(3)的流体中发送超声波信号，并接收穿过流体之后的超声波信号。而且，计算装置根据其超声波的传播时间来计算流体的流速及流量中的至少一个。进而，在测定部(1)中设置有对到达分隔流路(3)的流体进行预先整流的辅助流路(5)、(6)。

Description

超声波式流体测量装置

技术领域

本发明涉及利用超声波的传播时间而对气体、水等流体的流速或流量进行测量的超声波式流体测量装置。

背景技术

利用超声波的传播时间来测量流量等以往的超声波式流体测量装置，在流体通路的中途设置测定部，并根据超声波信号发送接收装置间的超声波传播时间对流过该测定部的流体的流速进行测量。另外，流量是通过上述测量的流速乘于测定部的流路的剖面面积及规定的修正系数而求得。

能够高精度测量流量等的最大的因素是在上述测定部的流体的流动状态。换言之，在测定部的流体的流动的紊乱，将引起超声波的传播上的混乱，因此，难以高精度测量。

因而，以往如特开平9-43015号公报公开的，考虑将测定部做成剖面为长方形的矩形状，同时，将其短边侧用隔板分隔而分隔为平行于长边的扁平的多个分隔流路。扁平的分隔流路使流体的流动变成层流，即，在作为2维的稳定流方面非常有效。

但是，由上述扁平的多个分隔流路构成的测定部，与导入流体的流体通路相比，在宽度方向上显著增大。

从而，采用以下所述的构成，即，介由下游侧的宽度变大的锥状的连接部，将测定部连接在流体通路上。

因而，存在由于该锥状的连接部而在流体的流动上产生紊乱，流体在整个分隔流路上的流动难以变得均匀，其结果，测量精度下降的问题。

发明内容

本发明为了解决这样的问题，其目的在于提供能够高精度测量流体的流动的超声波式流体测量装置。

提供一种超声波式流体测量装置，即，具有：设置在通过隔板形成的多个分隔流路的测定部的中途上的流体通路、向流过上述分隔流路的流体中发送超声波信号并接收穿过流体之后的超声波信号的至少1对超声波信号发送接收装置、和根据由上述超声波信号发送接收装置传播的超声波的传播时间来计算流体的流速及流量中的至少一个的计算装置；在上述测定部设置有对到达分隔流路的流体进行预先整流的辅助流路。

提供一种超声波式流体测量装置，即，具有：流体通路、独立于该流体通路并通过隔板形成有多个分隔流路的测定部、向流过上述分隔流路的流体中发送超声波信号并接收穿过流体之后的超声波信号的至少1对超声波信号发送接收装置、和根据由上述超声波信号发送接收装置传播的超声波的传播时间来计算流体的流速及流量中的至少一个的计算装置；在上述测定部设置有对到达分隔流路的流体进行预先整流的辅助流路。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图2是本发明的实施方式1的超声波式流体测量装置的横剖面图。

图3是本发明的实施方式2的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图4是本发明的实施方式3的超声波式流体测量装置的主视纵剖面图。

图5是本发明的实施方式4的超声波式流体测量装置的主视纵剖面图。

图6是本发明的实施方式5的超声波式流体测量装置的横剖面图。

图7是本发明的实施方式6的超声波式流体测量装置的横剖面图。

图8是本发明的实施方式7的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图9是用于说明本发明的实施方式7的超声波式流体测量装置的作用的横剖面图。

图10是本发明的实施方式8的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图11是本发明的实施方式9的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图12是本发明的实施方式10的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图13是本发明的实施方式11的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图14是本发明的实施方式11的超声波式流体测量装置的横剖面图。

图15是本发明的实施方式12的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图16是本发明的实施方式13的超声波式流体测量装置的测定部的纵剖面图。

图17是本发明的实施方式14的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图18是本发明的实施方式15的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图19是本发明的实施方式16的超声波式流体测量装置的纵剖面图。

图20是用于说明本发明的实施方式16的超声波式流体测量装置的作用的横剖面图。

图21是用于说明本发明的实施方式17的超声波式流体测量装置的作用的横剖面图。

图22是用于说明本发明的实施方式18的超声波式流体测量装置的作用的横剖面图。

图23是用于说明本发明的实施方式19的超声波式流体测量装置的作用的横剖面图。

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式参照附图进行说明。

而且，附图是示意图，并非正确表示各尺寸位置。而且，本发明的超声波的频率在20KHz到1MHz的范围内，优选的是，500KHz。

(实施方式1)

如图1、2所示，在剖面构成为长方形的矩形的测定部1的中间部位上，由多个隔板2来分隔短边侧。

这样，形成了与长边侧平行的多个分隔流路3，并用这些分隔流路3的集合体构成多层流路4。在本实施方式中是表示4层构造。

各分隔流路3，以使流体的流动成为2维的层流，按规定形状比进行设定，并呈扁平状。

而且，在测定部1中，在多层流路4的上游侧和下游侧形成有具有规定长度且在流体流动方向上剖面面积无变化的辅助流路5、6。

包含测定部1的流体通路7，具有各个弯曲部8、9，而且配备有与上述测定部1一同构成U字形的上游室10和下游室11。

上述测定部1中的辅助流路5、6的各前端，以向上游室10和下游室11的弯曲部8、9突出的状态存在。在比流体通路7的上游室10还要靠上的上游部以及比下游室11还要靠下的下游部，分别配置有挡板12、13。

在形成于测定部1的短边侧壁14、15上，设置有由一对超声波振子构成的超声波信号发送接收装置16、17，所述一对超声波振子面向各分隔通路3而配置。在声波信号发送接收装置16和17之间的超声波传播路，以斜向横切各分隔通路3的流体的流动方向的方式设定。

将设置了上述声波信号发送接收装置16、17的凹部14、15的分隔流路3的一侧用由金属网、或冲孔金属等多孔板构成的超声波穿透材18、19覆盖，使流路壁上不产生高度差。

计算装置20，根据一对声波信号发送接收装置16、17的超声波的传播时间，将流体的速度或计算出的流速乘以分隔通路3的剖面面积和规定的修正系数而算出流量。

而且，隔板2的厚度d设为比超声波的波长(例如，0.7mm)短(例如，0.3mm)。

另外，辅助流路5、6被设定为流体流动方向的长度L比短边高度H长。

在上述的构成中，从U字形的流体通路7的一方流入的流体，在上游室10内流速减速而被均匀化，并从突出的辅助流路5的周边流入。这样，流动更为均匀。

而且，流动在流动方向长的辅助流路5内进而变得平稳，从而能够均匀地分开流入到多层流路4的各分隔通路3中。即，辅助流路5，其长度方向比高度方向大，因此，从辅助流路5的入口保持一定角度流入的流动，也在长度方向上改变方向并被修正。

从而，流体将均匀地流入多层流路4的各分隔通路3中。通过使超声波在这些各分隔通路3中的均匀的流动中传播，能够高精度地测量由流动而产生的传播时间。

另外，由于分隔流路3构成为非常狭窄的间隙(例如，从1mm到4mm，最适宜的是2mm左右)，超声波可在通路的高度方向上穿过整个区域，因此，能够不受流速分布的影响而进行测量。

其结果，由传播时间换算为流量值的修正系数(也叫流量系数)也能够在从小流量到大流量上取相同的值。

而且，由于不受流速分布的影响，因此，能够不考虑流体的种类(例如，空气和城市气体13A、LP气体等)而对修正系数取相同的值。

而且，由于分隔流路3为非常狭窄的空间，因此，即使在产生了脉动流的情况下，超声波也穿过狭窄的通路的不规则的流动分布而进行传播。其结果，传播时间为受到该不规则的脉动流的影响的时间，从而能够可靠地测量脉动流的流动。

进而，由于将多层流路4的下游侧也做成与上游侧对称的形状，因此，即使在产生脉动流而导致逆流的情况下，同样也能够高精度地测量逆流。从而，即使在脉动流地情况下，也都能够对正流、逆流进行高精度的测量。

例如，在气体测量器的情况下，即使产生脉动流，也能够对正逆流进行正确的测量，因此，能够高精度地测量气体流量。

而且，在不至于引起逆流的情况下，也可以省去下游侧的辅助通路13。

隔板2的厚度d被设为比超声波的波长短，因此，难以成为超声波的传播的障碍，能够接收发送高电平的信号。其结果，信号的SN比高，能高精度地接收发送超声波信号，从而，能够提高流量的测量的精度并进行测量。

在设置有超声波信号发送接收装置16、17的多层流路4的侧面，形成有安装所述超声波信号发送接收装置16、17的安装凹部14、15，但为了平行于流路壁面而没有高度差地覆盖设置超声波穿透材18、19。从而，通过该超声波穿透材18、19，不会引起因流动进入凹部14、15的紊流。这样，能够在宽度广的流量范围内进行高精度的流量测量，同时，即使产生脉动流，也能够抑制涡流的产生，并能够高精度地进行流量测量。

而且，在作为超声波穿透材18、19使用金属网的情况下，作为筛网的尺寸，设定为50到500的范围(作为最适宜的值，是120到200筛眼)。这样，能够使波长在0.7mm左右的超声波频率的声波有效地穿透，能够在高灵敏度下进行超声波的信号接收发送，因此，能够提高流量的测量精度。

划分分隔流路3的隔板2以奇数张数(例如，3张)等间隔配置，并使位于中央的1张位于超声波信号发送接收装置16、17的超声波信号接收发送信号区域的中央。

由于超声波信号发送接收装置16、17的灵敏度分布一般是中央部最强烈，因此，能够通过分隔灵敏度使隔板2中的1张位于最强烈的部分，而将超声波均匀地传播到各分隔通路3中。

通过均匀分配的超声波接收发送信号，能够分别对各分隔通路3进行正确测量，能够整体上高精度测量流量。

而且，即使配置了偶数张数的隔板2，也能够通过调整彼此的间隔，使其中的1张位于超声波信号发送接收装置16、17的超声波信号接收发送区域的中央位置。当然，在这种情况下，分隔通路3必须满足流体2维流动的必要条件。

而且，希望的是对划分分隔流路3的隔板2用非粘性材料进行表面处理。作为非粘性材料，可以使用氟油或硅油等。另外，也可以将氟树脂作为隔板2使用。进而，也可以将氟树脂叠层在隔板2上。这样，能够防止垃圾附着在狭窄的间隙内，能够提高耐久性或可靠性。进而，也可以不只对隔板2进行上述表面处理，而对分隔通路3整体实施上述表面处理。当然，同样也可以使用氟树脂。

(实施方式2)

图3表示倾斜隔板2使下游侧成为下位的情况。

通过这样倾斜隔板2，即使隔板2上落有垃圾等，也可通过倾斜和流动，将下游侧的垃圾冲下而经过辅助流路6，并掉到下游室11中，因此，具有垃圾在多层流路4内难以堆积的效果。

而且，对向下游侧倾斜的构成进行了说明，但是即使在向上游侧倾斜的情况下，也可以期待与产生了脉动流等情况时相同的效果，即，垃圾掉到上游室10的效果。

而且，由辅助流路5的突出状前端部，也可使掉到上述上游室10的垃圾难以在分隔流路3内逆流，从而，能够形成杂质堵塞少的流路。

(实施方式3)

图4表示在各分隔流路3中更良好地进行超声波传播的实施方式3。

即，用粘接等方法分别将压电振子21固定在超声波信号发送接收装置16、17箱体40的内顶面、将音响匹配层22固定在箱体40的外顶面。

而且，上述压电振子21为与隔板2的配置方向为相同的方向，而且由平行于上述隔板2的多个狭缝23分隔。而且，由于超声波信号发送接收装置16、17是相同的构成，因此，在本例中只对一方的超声波信号发送接收装置17进行说明。

将狭缝23对应于划分分隔流路3的隔板2，被设置为与该隔板2的张数相同。

因而，当然能够将超声波信号有效地发送到各分隔流路3中，也能够形成灵敏度高的对向于分隔流路3、灵敏度低的对向于隔板2的构成。

通过将狭缝23的间隙设为与隔板2的厚度大致相同的长度，能够将超声波更平稳地传播到隔板2的分隔流路3中。

从而，超声波能够不遗漏地穿过各个薄层，从而能够高精度地测量各层的流速。其结果，可以使由传播时间换算正流量值的修正系数(也叫流量系数)也在小流量到大流量上取相同值(例如，1)，从而能够具有平稳特性。

另外，通过使超声波传播到各分隔流路3的整个区域，能够高精度地测量流速，即使在产生脉动流而逆流的情况下，也同样能够对逆流高精度地进行测量。而且，对正流、逆流都能够进行高精度的流量测量。

例如，在气体测量器的情况下，即使产生脉动流，也能够对正逆流正确测量，因此，能够高精度地测量气体流量。

(实施方式4)

其次，图5是形成在超声波信号发送接收装置16、17的压电振子21的狭缝23的朝向与隔板2正交的例子。压电振子21的其他的构成与图4相同，另外，由于超声波信号发送接收装置16、17具有相同构成，因此，在本例中只对一方的超声波信号发送接收装置17进行说明。

如上所述，通过在垂直于隔板2的方向上形成压电振子21的狭缝23，能够进行即使在分隔流路3中的一个上产生不良，也能够将超声波传播到其他的分隔流路3中，进行具有高可靠性的测量。

另外，由于能够将超声波传播到扁平的分隔流路3中，因此，能够使流量系数近似于1，能够具有在小流量到大流量上平稳的特性。

(实施方式5)

图6表示使隔板2的上游侧端部的两侧向流动方向的上游侧突出的例子。在该构成中，抑制向分隔流路3的两侧流路附近流入，增加中央部的流速，减少边界层附近的不均匀的流动的影响，从而能够提高测量精度。

另外，关于隔板3的下游侧端部的两侧，使之向流动方向的下游侧突出，也抑制在脉动时向分隔流路3的两侧流路附近流入，增加中央部的流速，减少边界层附近的不均匀的流动的影响，提高测量精度。

(实施方式6)

图7表示相反于上述图6的例子，将隔板2的上游侧端部的两侧缩入到流动方向的下游侧的例子。通过该构成，能够通过减少在分隔流路3中的中央附近的垃圾沉积而提高耐久性。而且，同样也可以将隔板3的下游侧端部的两侧也缩入到流动方向的上游侧，即使在脉动时也能减少在分隔流路3的中央附近的垃圾沉积，提高耐久性。

(实施方式7)

如图8所示，在具有3张隔板2a～2c的情况下，将中央的隔板2b设为比其他的隔板2a、2c长并向前方长出。由此，将测定部1内的流路首先划分为2个分隔流路3a、3b。其次，短的隔板2a、2c将所述2个分隔流路3a、3b进而划分为分隔流路3c、3d、3e、3f。

在上述的构成中，流体在辅助流路5中的流动被均匀化，首先分流到分隔流路3a、3b中，其次再次分流到分隔流路3c、3d、3e、3f中，并以层流状态分别流动，其后经过辅助流路6，向下游室11流去。

现在考虑假定将隔板2a、2b、2c设定为相同的长度，并随即将流体分流到4个分隔流路3c、3d、3e、3f中的情况。在这种情况下，流过测定部1的流体的流速分布是中心部分的分隔流路3d、3e的流速变快，在外周壁部分的分隔流路3c、3f的流速具有变慢的倾向，从而强烈受到辅助流路5的流速分布的影响。

在此，如图8、9所示，如果将设置在中心部分的隔板2b的长度设置得较长并减小设置在外周壁部分的隔板2a、2c的长度，则如下所述。即，在超声波信号发送接收装置的测量区域上，通过像从上游侧到下游侧之间首先分流为2个分隔流路3a、3b，其次分流为4个分隔流路3c、3d、3e、3b那样实质上增加流路，使流体的流速分布均匀化。

根据如上所述的本实施方式，由于流动被分流，因此，在所分隔的4个分隔流路3c、3d、3e、3f中流速分别被均匀化，从而能够抑制辅助流路5中的流体的流速分布的影响，能够得到高精度的超声波流量计。

另外，由于能够通过使用隔板2a、2b、2b对流速分布进行均匀化，因此，能够与流体的种类无关地在宽度广的流动区域进行正确的测量。

在本实施方式中，对测定部1中的由超声波信号发送接收装置测量的区域进行了记述，但是也可以另外通过在下游侧改变隔板2a、2b、2c的长度，改变分隔流路的数量。在这种情况下，即使像脉动流那样产生逆流的流动，在下游侧的脉动流的流速也均匀，因此，能够正确测量，因此作为优选。

而且，在本实施方式中，通过3张隔板2a、2b、2c最后分隔为4个分隔流路3c、3d、3e、3f，但是改变隔板的数量来增加或减少其分隔流路，也可得到相同的效果。

另外，在增加或减少分隔流路的情况下，优选的是，为分配流动而得到均匀的流速，以对于设置在流路的中心部分的隔板对称的方式增加隔板的张数。

进而，希望的是，随流路的从上游侧到下游侧，阶段性地增加分隔流路，并使每阶段的分隔流路的剖面面积相等，由此相等地分配流动。

(实施方式8)

在本实施方式中，如图10所示，将测定部1内的流路用5张隔板2d、2e、2f、2g、2h分隔为6个分隔流路3g、3h、3i、3j、3k、3m。

而且，通过将中央部的3张隔板2e、2f、2g设置得比外侧的其他的隔板2d、2h长，将中央的2个分隔流路3i、3j的长度设定为比外侧的其他的分隔流路3g、3h、3k、3m长。

由该构成，由于中心部分的分隔流路3i、3j比其他的分隔流路3g、3h、3k、3m长，所以，流体流过分隔流路3i、3j时的阻力比流过其他的分隔流路3g、3h、3k、3m时的阻力大。

其结果，流速大的部分的分隔流路3i、3j和流速小的部分的分隔流路3g、3h、3k、3m的流速将均匀化。

而且，只要分隔流路的数量对应于流速分布，就不会受到制约，另外，同分隔流路的长度变化一般是阶段性地变化。

(实施方式9)

本实施方式，如图11所示，将测定部1的流路由相同长度的5张隔板2i、2j、2k、2m、2n分隔为6个分隔流路3n、3o、3p、3q、3r、3s，除此以外，将这些分隔流路剖面面积从中心部阶段性地向外侧扩大。

分隔流路3n～3s的所述剖面面积的变化是通过调整隔板2i～2n的邻接间隔来实现的。

根据以上的本实施例的方式，将分隔流路3n～3s的剖面面积从流路的中心部分向外侧扩大。其结果，在辅助流路5中即使中心部分侧的流速快，也由于已设定了与此对应的分隔流路3n～3s的剖面面积(即，相当于流体阻力)，因此，各分隔流路3n～3s的流速均匀。

而且，由于能够使在各分隔流路3n～3s中的流速均匀，因此，能够高精度地测量流量。

而且，各分隔流路3n～3s的剖面面积，如图12所示，也能够通过改变隔板2o、2p、2q的厚度来实现。

(实施方式10)

在本实施方式中，如图12所示，具有4个分隔流路3t、3u、3v、3w，能够改变隔板2o、2p、2q的厚度。

而且，在本实施方式中，虽然从测定部1的中心部分向外侧阶段性地扩大剖面面积，但重要的是，只要是对应于辅助流路中的速度分布，剖面面积的改变方法就不受限制。

另外，也可以对应流速分布同时改变分隔流路的剖面面积和长度。即，也可以将流体的流速大的部分的分隔流路的长度设置成比其他的分隔流路的长度长，且将其面积设置成比其他的分隔流路的剖面面积小。

对于剖面面积的变化及分隔流路的长度变化，一般是通过使至少一方呈现阶段性而变化。进而，在流路内，也可以随从流体的流速大的部分的流路到流速小的部分的流路，将阶段性减小其长度且阶段性扩大其剖面面积。

(实施方式11)

在本实施方式中，如图13、图14所示，将具有多层流路4的测定部1独立于流体通路7而另外构成。

即，构成多层流路4的4个分隔流路3a～3d，用3张隔板2a～2c进行划分，另外，测定部1被形成为剖面呈长方形的矩形形状，并在短边侧的壁上具有开口24、25。

另一方面，超声波信号发送接收装置16、17被配置在插入有上述测定部1的流体通路7一侧。因而，在流体通路7的对向的短边一侧，形成有用于配置超声波信号发送接收装置16、17的凹部14、15。

在将测定部1设置在流体通路7中时，凹部14、15的位置与开口24、25的位置一致，并介由这些开口24、25将超声波传播路径设定在各分隔流路3中。

在所述开口24、25上覆盖设置有由金属网或冲孔金属等多孔板构成的超声波穿透材18、19，使流体不紊乱地流入凹部14、15(而且，在图中表示的是代表了与上游侧的超声波信号发送接收装置16相对的情况)中。

超声波信号发送接收装置16、17之间的超声波传播时间，通过测量控制装置26进行测量，并且计算装置20将其结果作为基础，又根据需要将该流速作为基础来计算流量。将这些测量控制装置26、计算装置20等通过锂电池等电池电源(电源装置)27驱动。

另外，在流体通路7的流入侧，连接有在发生地震等时关闭的阀体28。而且，阀体28的驱动部29、测量控制装置26、计算装置20等被配置在由构成U字形的流路构成材围成的部位，整体上构成紧凑化。

超声波信号发送接收装置16、17之间的超声波传播路径与中央的隔板2b对向，主要对向于邻接中央的2个分隔流路3b、3c。

下面，对上述的构成叙述流体的流量测量动作。

首先，以从上游侧的超声波信号发送接收装置16按流动的顺流方向，而且以斜向横切的方式产生超声波。

该超声波在流体的流动中以音速传播，并在下游侧的超声波信号发送接收装置17上被检测而转换成电信号。而且，用测量控制装置26的放大器对该电信号进行放大，并用比较器与基准信号进行比较而检测收到的超声波信号。

该比较信号的变化被送往重复部，介由延迟部再次在触发器发送信号。

该重复次数以次数设定部设定的次数结束。

计时部在发送最初的触发器信号时重新设定定时器，并测量时间直到重复次数结束时为止。

如果从上游到下游的超声波信号发送结束，则由切换部切换发送信号的方向。

从下游侧的超声波信号发送接收装置17向上游侧的超声波信号发送接收装置16、即从下游向上游发送信号，并如上所述地反复发送信号，而计算该时间。在计算装置20由从上游到下游的时间和从下游到上游的时间差通过传播时间倒数差等计算式算出流速，或根据需要算出流量。

将阀体28设为在流体流动上发生异常时或发生地震时等时关闭。

然而，如上所述，由于测定部1为独立于流体通路7另外的构成，因此，能够单独进行测定部1的加工。而且，由于容易得到高精度的测定部，因此，也能够可靠地对应规格改变等情况。

其次，对流体流入测定部1的方式进行说明。流体在穿过阀体28后到达上游室10，之后在测定部1的辅助通路5被整流，并流入分隔流路3a～3d中。

从而，由于流体在分隔流路3a～3d中稳定且均匀地流动，因此，无需在分隔流路3a～3d的整个区域通过由超声波信号发送接收装置16、17对流速进行测量，主要对中央的互相邻接的分隔流路3b、3c进行就能达到初期的目的。

另外，至少将成为测量对象的中央的互相邻接的分隔流路3b、3c的各高度设定在边界层区域的范围内，从而测量精度不受外在因素的影响。

一般，在对象流体为燃气等气体的情况下，一个隔板的边界层为15mm，因而，如果欲设置在边界层区域的范围内，则将分隔流路3b、3c的各高度分别设为30mm以内即可。

(实施方式12)

在本实施方式中，使得分隔流路3a～3d内的流体流动为良好。因而，如图15所示，将隔板2a～2c的长度、即分隔流路3a～3d的长度设为与超声波信号发送接收装置16、17的超声波发送接收区域的长度W大致一致。

这样，能够将隔板2a～2c的长度、即分隔流路3a～3d的长度设为所需的最低限度，能够减少其分流体的流动压力损失。

(实施方式13)

在本实施方式中，如图16所示，将测定部1的两端开口边缘形成为圆弧状、或锥形状等尖细状。这样，在流体流入测定部1时，使流体平滑地流动，并不发生漩涡等。

当然，如果将隔板3a～3c的端部也形成为同样的尖细状，则可以期待进一步的效果。

其次，表示将整流部设置在测定部1的开口处，而在流体流入其内部的方面进行改良的例子。

(实施方式14)

在本实施方式中，如图17所示，在测定部1的开口处设置有金属网等网状部件30、31。

根据该构成，即使上游侧的流动是紊乱的状态，也可在网状部件30被整流，并以稳定的流动状态到达测定部1的辅助流路5，进而又在该辅助流路5中进一步整流。

(实施方式15)

在本实施方式中，如图18所示，作为整流部使用蜂窝状的多孔体32、33。勿庸置疑，能够得到与实施方式14相同的作用效果。

而且，在实施方式14和15中，实施了在逆流时流体也向测定部1稳定流动的对策。如果产生逆流，则只对测定部1的上游侧实施流体流动稳定化的对策。

(实施方式16)

在本实施方式中，如图19和20所示，在测定部1的一方的短边壁部上，至少将一对超声波信号发送接收装置16、17保持规定的间隔配置在流体的流动方向上。

将超声波信号发送接收装置16、17设成由一方发送的超声波信号在对向的壁反射并在另一方接收信号，即，将超声波传播路径设定为V形。

更具体来说，使测量控制装置26在超声波信号发送接收装置16、17之间相互接收发送超声波信号，对流体的流动，保持一定间隔计算顺向和逆向的超声波传播时间的差，并作为传播时间差信号输出。

来自测量控制装置26的传播时间差信号被输入到计算装置20中，并根据传播时间计算流速，根据需要计算流量。

在该例子中，能够将超声波信号发送接收装置16、17设置在同一侧的壁面上，又，相比超声波信号发送接收装置16、17夹住流路而对向地安装的情况，可以加长超声波传播路径长度。

其结果，能够提高安装超声波信号发送接收装置16、17的角度或流路宽度的大小的自由度，能够构成设置性优越的流量测量装置。

(实施方式17)

在本实施方式中，如图21所示，将超声波信号发送接收装置16、17的安装侧的流路壁面，用超声波吸收部件34(例如，表面具有许多细微的孔的树脂)构成。这样，由信号发送侧的超声波信号发送接收装置发送的超声波的成分直接传到壁面及壁面附近而不进行反射，从而能够抑制非标准超声波信号的接收。

从而，由于主要接收通过了分隔流路内的传播路的反射波，因此，能够接收杂波少的信号，能够提高测定精度。

(实施方式18)

在本实施方式中，如图22所示，在超声波传播路中的超声波的反射面上设置声波的反射率高的材质、例如，由最终做成镜面的金属板构成的超声波反射部件35。这样，可减少超声波在反射时的衰减或散乱，从而超声波能够有效传播，降低在超声波信号接收上的杂波成分，能够进一步高精度测定。

(实施方式19)

在实施方式18中，对在超声波传播路径中的反射1次的V形传播路径进行了说明。在本实施方式中，如图23所示，将传播路径设成在对向的壁面反射2次的W型传播路径。具有与实施方式18相同的效果，并能够使用。勿庸置疑，即使在这种情况下，也能够在超声波的反射面上设置超声波反射部件35。

而且，在实施方式16～19中，测定部1的构成、即在分隔流路及在其上下游侧设置辅助流路的这一点上与在前的例子相同，故省略。

进而，勿庸置疑，在各实施例中记述的很多例子可以单独、或互相组合而实施。

在本发明的测定部，设置预先对到达分隔流路的流体进行整流的辅助流路。

这样，测量对象的流体，在辅助流路整流之后，均匀地流动到分隔流路中，其结果，在超声波传播上不产生不均匀的现象。

如果将测定部构成为独立于流体通路，则能够容易地制造出由隔板分隔的多个分隔流路的复杂流路，而且还能够提高尺寸精度。

将辅助流路设成在流体的流动方向上具有一定剖面，最好是将测定部做成剖面为长方形的矩形状，在将短边的高度设为H、将辅助流路的流动方向的长度设为L时，设定为L＞H。

为使超声波良好地传播到分隔流路，将隔板的厚度设定为比由超声波信号发送接收装置发出的超声波的波长短的值。另外，关于隔板的设置，如果向其上游侧或下游侧的任何一方倾斜，则能够抑制垃圾的堆积等。

如果将多张隔板中的1张置于超声波信号发送接收装置的超声波信号发送区域的中央，则将该中央隔板作为基点，对称地配置多个分隔流路，从而能够实现流体测量的均匀化。具体来说，最好将隔板设为奇数张，将位于中央部的1张隔板置于超声波信号发送区域的中央。

如果将辅助流路突出地置于流体通路的上游室，则流体呈迂回流动的状态而流入辅助流路。

因而，即使流体通路的入口侧弯曲，以上述迂回流动，流动偏向成分等被矫正，之后到达辅助流路。

如果将分隔流路的至少一部分路面用非粘性材料进行表面处理，则能够适当防止垃圾等附着。

如果欲用多孔板覆盖设置了超声波信号发送接收装置的部位的分隔流路的一侧，则分隔流路中的紊流消失，从而能够进一步提高超声波测量精度。也可以取而代之多孔板，使用50～500筛眼的金属网。

如果流入各分隔流路的流体被均匀化，则无需将整个分隔流路作为超声波测量的对象，也可以向其中的一部分分隔流路发送超声波信号，接收在流体中传播后的超声波信号。

另外，超声波信号发送接收装置具有设有多个狭缝的压电振子，并将上述狭缝设置为朝向与所述隔板平行的方向。由此，可有效进行超声波的传播。

进而，如果将上述压电振子的狭缝设定为正交于隔板的方向，则能够在多个分隔流路上均匀地传播超声波。

为了抑制流入分隔流路的两侧流路附近，并提高中央部的流速，减少边界层附近的不均匀的流动产生的影响，从而提高测量精度，可考虑将从上游侧到下游侧的分隔流路的数量例如阶段性地增加，或改变各分隔流路的长度或剖面面积，或改变隔板的厚度。进而，也可以改变分隔流路的长度和剖面面积。

可考虑将超声波信号发送接收装置的配置部位配置在使超声波信号发送接收装置相对向部，以便使超声波以斜向横切分隔流路的方式传播，或将超声波信号发送接收装置配置在同一侧，使超声波在对向面反射而以斜向横切分隔流路的方式传播超声波。在超声波的反射中，如果在反射壁面设置超声波反射部件，则可提高超声波传播效率。

选定隔板的间隔，使分隔流路成为边界层区域。另外，将分隔流路设定为对应于超声波信号发送接收装置的超声波发送接收区域的长度。

通过将测定部的辅助流路的路壁端部设定为尖细状的剖面形状，可降低流体的流动阻力。

进而，通过在测定部的辅助流路的端部开口设置整流机构、例如网状部件或多孔体，可进一步稳定流体的流动。

(工业上的可利用性)

本发明的超声波式流体测量装置，能够使用在燃气等的气体流体、水或油等的液体流体的流速测定、或流量测量等中。另外，也能够识别流体的种类。

Claims (33)

1.一种超声波式流体测量装置，其特征在于，

具有：设置在通过隔板形成的多个分隔流路的测定部的中途上的流体通路、

向流过所述分隔流路的流体中发送超声波信号并接收穿过流体之后的超声波信号的至少1对超声波信号发送接收装置、和

根据由所述超声波信号发送接收装置传播的超声波的传播时间来计算流体的流速及流量中的至少一个的计算装置；

在所述测定部设置有对到达所述分隔流路的流体进行预先整流的辅助流路。

2.一种超声波式流体测量装置，其特征在于，

具有：流体通路、

独立于所述流体通路并通过隔板形成有多个分隔流路的测定部、

向流过所述分隔流路的流体中发送超声波信号并接收穿过流体之后的超声波信号的至少1对超声波信号发送接收装置、和

根据由所述超声波信号发送接收装置传播的超声波的传播时间来计算流体的流速及流量中的至少一个的计算装置；

在所述测定部设置有对到达所述分隔流路的流体进行预先整流的辅助流路。

3.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，使所述辅助流路在流体的流动方向上具有一定的剖面。

4.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，所述测定部是剖面为长方形的矩形状，在将其短边的高度设为H，将辅助流路的流动方向的长度设为L时，设定为L＞H。

5.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述隔板的厚度设定为比由所述超声波信号发送接收装置传播的超声波的长度短的值。

6.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述隔板设置为倾斜于上游侧或下游侧的任何一方。

7.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，使多张所述隔板中的1张位于所述超声波信号发送接收装置的超声波信号发送区域的中央。

8.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，所述隔板配置有奇数张，使位于中央部的1张隔板位于所述超声波信号发送接收装置的超声波信号发送区域的中央。

9.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，所述辅助流路突出于所述流体通路的上游室。

10.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，对所述分隔流路的至少一部分路面用非粘性材料进行表面处理。

11.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将设置有所述超声波信号发送接收装置的部位的所述分隔流路侧用多孔板覆盖。

12.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将设置有所述超声波信号发送接收装置的部位的所述分隔流路侧用50～500筛眼的金属网覆盖。

13.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，还设置有向多个所述分隔流路中的一部分流路发送超声波信号、并接收在流体中传播之后的超声波信号的至少1对超声波信号发送接收装置。

14.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，所述超声波信号发送接收装置，具有设置了多个狭缝的压电振子，所述狭缝被设定为朝向与所述隔板平行的方向。

15.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，所述超声波信号发送接收装置，具有设置了多个狭缝的压电振子，所述狭缝被设定为与所述隔板正交的方向。

16.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，使所述隔板的端部两侧向流体的流动方向的上游侧突出。

17.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，使所述隔板的端部两侧向流动方向的下游侧缩入。

18.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述隔板的端部形成尖细状剖面。

19.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述分隔流路的数量从测量流路的上游侧向下游侧增加。

20.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述分隔流路的数量从上游侧到下游侧阶段性地增加，且将各阶段的所述分隔流路的剖面面积设为相等。

21.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述分隔流路的长度根据测量流路的流体的流速分布进行设定。

22.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述分隔流路的剖面面积根据测量流路的流体的流速分布进行变化。

23.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，通过改变所述隔板的厚度，可根据测量流路的流体的流速分布来改变所述分隔流路的剖面面积。

24.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，根据测量流路的流体的流速分布而使所述分隔流路的长度和剖面面积变化。

25.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述超声波信号发送接收装置配置在相对向部，使超声波斜向横切所述分隔流路而进行传播。

26.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述超声波信号发送接收装置配置在同一侧，使超声波在对向面上反射而斜向横切所述分隔流路进行传播。

27.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述超声波信号发送接收装置配置在同一侧，使超声波在对向面上反射而斜向横切所述分隔流路进行传播，并且在超声波反射的壁面上设置超声波反射部件。

28.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，选定所述隔板的间隔，使所述分隔流路成为边界层区域。

29.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述分隔流路设定为对应于所述超声波信号发送接收装置的超声波发送接收区域的长度。

30.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，将所述测定部的所述辅助流路的路壁端部设定为其剖面呈尖细的形状。

31.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，在所述测定部的所述辅助流路的端部开口处设置整流部。

32.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，在所述测定部的辅助流路的端部开口处设置由网状部件构成的整流部。

33.根据权利要求1或2所述的超声波式流体测量装置，其特征在于，在所述测定部的辅助流路的端部开口处设置由多孔体构成的整流部。

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