JP2000065613A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JP2000065613A
JP2000065613A JP10250493A JP25049398A JP2000065613A JP 2000065613 A JP2000065613 A JP 2000065613A JP 10250493 A JP10250493 A JP 10250493A JP 25049398 A JP25049398 A JP 25049398A JP 2000065613 A JP2000065613 A JP 2000065613A
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JP
Japan
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fluid
ultrasonic flowmeter
ultrasonic
transducers
small
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JP10250493A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Shimizu
和義 清水
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Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662Constructional details

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極端な細長形状の外形を必要とせず、また、
受信レベルとS/N比の低下を生じない高い測定制度の
超音波流量計を提供する。 【解決手段】 本発明の超音波流量計は、流量計測対象
の流体中に超音波を放射し、この流体の流速に関する情
報を含む超音波を受信してこの流体の流速を検出する。
そして、この超音波流量計は、流体を流す矩形状の管路
(G) と、この矩形状の管路(G) を細長い複数の小管路に
仕切る隔壁(S) と、前記各小管路のうち一つ以上のもの
の対向する短辺に斜めに取付けられた1個又は1対のト
ランスジューサ(T11〜T22)を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体や気体から成
る流体の流量の計測に利用される超音波流量計に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、気体や液体などの流体の流量を測
定するために、超音波流量計が広く使用されてきた。こ
の超音波流量計は、流体中に超音波を放射し、その伝播
速度の上流側と下流側への差や、流体内で生じた反射波
の周波数のドップラーシフト量などの受信された超音波
の特性に基づき流体の流速と流量とを測定するように構
成されている。
【0003】このような流量計の典型的なものは、図4
に例示するように、流体の管路に対して斜めに1対の超
音波のトランスジューサ(電気/音響変換素子)T1,
T2を取付け、一定の周期で、送波側と受波側とを交番
させることによって超音波の伝播方向を上流側から下流
側に、下流側から上流側へと交番させながら送受波を行
わせることにより伝播時間の差を測定し、この伝播時間
の差から流速と、流量を算定するように構成されてい
る。
【0004】従来、図5の(A)に例示するように、計
測対象の流体を流す管路として円形断面形状のものを使
用していた。この円形断面の管路では、1対のトランス
ジューサT1とT2との間を伝播する超音波の経路は、
図中に点線で例示するように流路の中央部分に偏在する
ことになる。一般に、流路の中央部分の流速はその周辺
部分の流速に比べて大きいことと、上述したように超音
波の伝播経路がこの流速の大きな中央部分に偏在するこ
とから、流路断面内の空間平均的な流速よりも大きめの
流速が検出され、誤差の原因になるという問題がある。
【0005】上記超音波の伝播経路の流路の中心部分へ
の偏在に伴う誤差を低減するために、図5の(B)に例
示するように、流路の断面を細長い矩形の形状とするこ
とが提案されている。このようにすると、1対のトラン
スジューサT1とT2との間に形成される超音波の伝播
経路は、図中に点線で例示するように、流路の断面内の
ほぼ全域にわたることになり、実際に則した空間平均的
な流速が検出され、誤差が低減される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した細長の矩形状
の管路では、細長比の増大につれて長辺側の管路の寸法
やフランジの寸法が増大し、管路の幅方向への設置スペ
ースがかさむという問題がある。また、管路の断面形状
の急変に伴う渦などの発生を防止するために、測定用の
細長形状の特殊な管路とその前後の通常の円形断面の管
路との間に、断面形状を徐々に変化させる形状変換用の
管路が挿入される。そして、断面形状が円形状から極端
にずれた細長形状に近づくにつれて、形状変換用の管路
の形状が複雑になってその製造費用がかさむと共に、そ
の長さも増大し、この種の超音波流量計の管路の長手方
向への設置スペースもかさむという問題がある。従っ
て、本発明の目的は、極端に細長形状の外形を必要とし
ない超音波流量計を提供することにある。
【0007】また、細長比の増大に伴って長辺側の管路
の寸法が増大すると、超音波の伝播経路が長くなって伝
播減衰量が増加し、受信レベルとS/N比が低下し、測
定精度の低下を招くという問題もある。従って、本発明
の他の目的は、受信レベルとS/N比の低下を生じない
高い測定精度の超音波流量計を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決本発明の超音波流量計は、計測対象の流体を流す細長
い矩形状の管路と、この細長い矩形状の管路を一層細長
い複数の小管路に仕切る隔壁と、これら小管路のうち一
つ以上のものの対向する短辺に斜めに取付けられた1個
又は1対のトランスジューサとを備えることにより、外
形の細長比が極端な値になることを回避するように構成
されている。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記複数の小管路は、同一の寸法を有するように構
成されている。
【0010】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
1個又は1対のトランスジューサは上記小管路の全てに
取付けられている。本発明の更に他の好適な実施の形態
によれば、上記1個又は1対のトランスジューサは、流
体の流れに対する角度が隣接する小管路について交互に
逆転するように各小管路に取付けられている。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の超音波流量計を
構成するトランスジューサの管路への取付けの部分の構
造を示す図であり、(A)は管軸を含む面で切断して示
す縦断面図、(B)は平面図、(C)は管軸に直角な面
で切断して示す横断面図であり、Gは管路、Sは管路G
の内部に形成された隔壁、T11〜T22は超音波トラ
ンスジューサ、Fはフランジである。
【0012】円板形状の2個のフランジFの間に細長い
矩形状の管路Gが形成されている。この管路Gの内部に
は、(C)に示すように、管路Gの短辺の中心に位置し
かつ長辺に平行に延長される隔壁Sが形成されている。
すなわち、この隔壁Sによって、管路Gが同一の横断面
形状の二つの小管路G1,G2に分割されている。
【0013】二分割された一方の小管路G1について
は、その一方の短辺の中央部分にトランスジューサT1
1が斜めに設置されると共に、この短辺と流路を隔てて
対向する他方の短辺の中央部分にトランスジューサT1
2が斜めに設置されている。同様に、他方の小管路G2
についても、その一方の短辺の中央部分にトランスジュ
ーサT21が斜めに設置されると共に、この短辺と流路
を隔てて対向する他方の短辺の中央部分にトランスジュ
ーサT22が斜めに設置されている。
【0014】トランスジューサT11とT22のそれぞ
れの中心を連結する直線は管路Gの管軸に対して所定の
角度θをなし、同じく、トランスジューサT21とT2
2のそれぞれの中心を連結する直線も管路Gの管軸に対
して逆向きに同一の角度θを成す。このように、各トラ
ンスジューサの対を互いに逆向きにして管壁に取付ける
ことにより、小管路G1,G2の短辺の幅よりも大きな
寸法のトランスジューサを、相互の空間的な干渉を回避
しながら各小管路に取付けることができる。
【0015】周知事項のため図示は省略したが、トラン
スジューサT11〜T22には超音波の送信回路と受信
回路とが送受信切替器を介して接続され、送受信切替器
がコンピュータの制御によって切替えられることによ
り、トランスジューサの対間で送信側と受信側との機能
を交番しながら超音波の送受波が行われる。この結果、
小管路G1,G2のそれぞれについて、下流への伝播所
要時間と上流への伝播所要時間が検出され、これら両者
の差から流速V1,V2と、流量Q1,Q2が検出され
る。そして、小管路G1,G2のそれぞれについて検出
された流量Q1,Q2の和が管路G内の総流量Qとして
検出される。
【0016】図2は、本発明の他の実施例の超音波流量
計を構成するトランスジューサの管路への取付けの部分
の構造を示す部分断面図であり、Gは管路、S1,S2
は管路Gの内部に形成された隔壁、T11〜T32は超
音波トランスジューサである。この実施例では、矩形状
の管路Gが横幅方向に等間隔で設置された2枚の隔壁S
1,S2によって同一形状の3個の小管路G1,G2,
G3に区切られると共に、各小管路の対向する短辺側の
管壁にトランスジューサの対(T11,T12),(T
21,T22),(T31,T32)が取付けられてい
る。各小管路について検出された流量Q1,Q2,Q3
の総和が流量として検出される。
【0017】トランスジューサT11〜T32の寸法
は、小管路G1〜G3の横幅よりも大きい。このため、
各トランスジューサを隣接小管路に取付ける際の空間的
な干渉を避けるため、トランスジューサT11,T2
2,T31は管路の長手方向に沿って互いに同一の第1
の位置に、また、トランスジューサT12,T21,T
32は管路の長手方向に沿って互いに同一の第2の位置
に取付けられている。
【0018】図3は、本発明の更に他の実施例の超音波
流量計を構成するトランスジューサの管路への取付けの
部分の構造を示す図であり、Gは管路、S1,S2は管
路Gの内部に形成された隔壁、T1,T2は超音波トラ
ンスジューサである。この実施例では、矩形状の管路G
が横幅方向に等間隔で設置された2枚の隔壁S1,S2
によって同一形状の3個の小管路G1,G2,G3に区
切られると共に、小管路G2の対向する管壁にトランス
ジューサの対(T1,T2)が取付けられている。
【0019】3個の小管路G1,G2,G3が同一の形
状を有するため、各小管路の管壁が流体に及ぼす摩擦力
が等しくなる。この結果、各小管路内の流速の分布が互
いに等しくなり、流量Q1,Q2,Q3も互いに等しく
なる。従って、小管路G2について検出された流量Q2
を3倍した流量Qが総流量として検出される。
【0020】以上、超音波を流体中に送信すると共にこ
の流体中を伝播した超音波を受信して伝播所要時間から
流速と流量を検出する構成を例示した。しかしながら、
流体中に超音波を放射し、流体からの反射波を受信し、
この受信波に生じたドップラーシフト量から流体の流速
を測定するドップラー方式の超音波流量計にも本発明を
適用できることは明らかである。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波流量計は、矩形状の管路を隔壁によって細長い複数
の小管路に仕切る構成であるから、外形の細長比が極端
な値になることが有効に回避され、設置スペースの増大
や伝播経路の増大に伴う測定精度の低下を有効に回避す
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超音波流量計を構成するト
ランスジューサの管路への取付けの部分の構造を示す図
である。
【図2】本発明の他の実施例の超音波流量計を構成する
トランスジューサの管路への取付けの部分の構造を示す
図である。
【図3】本発明の更に他の実施例の超音波流量計を構成
するトランスジューサの管路への取付けの部分の構造を
示す図である。
【図4】従来の典型的な超音波流量計のトランスジュー
サの取付け方法を説明するための断面図である。
【図5】従来の典型的な超音波流量計について、流路の
断面形状と測定精度との関係を説明するための断面図で
ある。
【符号の説明】
G 管路 S1,S2 隔壁 G1,G2 小管路 T11 〜T32 トランスジューサ F フランジ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流量計測対象の流体中に超音波を放射し、
    この流体の流速に関する情報を含む超音波を受信してこ
    の流体の流速を検出する超音波流量計において、 前記流体を流す矩形状の管路と、 この矩形状の管路を細長い複数の小管路に仕切る隔壁
    と、 前記各小管路のうち一つ以上のものの対向する短辺に斜
    めに取付けられた1個又は1対のトランスジューサとを
    備えたことを特徴とする超音波流量計。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記複数の小管路は、同一の寸法を有することを特徴と
    する超音波流量計。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、 前記1個又は1対のトランスジューサは、前記小管路の
    全てに取付けられたことを特徴とする超音波流量計。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のそれぞれにおいて、 前記1個又は1対のトランスジューサは、前記流体の流
    れの方向に対する角度が隣接する小管路について交互に
    逆転するように各小管路に取付けられることを特徴とす
    る超音波流量計。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003083791A (ja) * 2001-09-11 2003-03-19 Tokyo Gas Co Ltd 流量計測装置およびガスメータ
JP2007121071A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Aichi Tokei Denki Co Ltd 超音波流量計
CN100338440C (zh) * 2003-11-10 2007-09-19 松下电器产业株式会社 超声波流量计及其制造方法
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WO2020054383A1 (ja) * 2018-09-10 2020-03-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 超音波流量計

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