JP2000304581A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter

Info

Publication number
JP2000304581A
JP2000304581A JP11114492A JP11449299A JP2000304581A JP 2000304581 A JP2000304581 A JP 2000304581A JP 11114492 A JP11114492 A JP 11114492A JP 11449299 A JP11449299 A JP 11449299A JP 2000304581 A JP2000304581 A JP 2000304581A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
matching layer
ultrasonic
acoustic matching
interface
acoustic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11114492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Taguchi
正樹 田口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP11114492A priority Critical patent/JP2000304581A/en
Publication of JP2000304581A publication Critical patent/JP2000304581A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the flow rate of fluid without disordering the flow by smoothing the fitting part for an ultrasonic sensor with the internal surface of a measurement tube. SOLUTION: Ultrasonic sensors 2A and 2B consisting of an ultrasonic vibrator 21, a 1st sound matching layer 31, and a 2nd sound matching layer 32 have their transmission and reception sides arranged opposite vertically at oblique positions of the measurement tube 1, and the 1st sound matching layer 31 has a 1st interface, joined with the ultrasonic vibrator 21, at right angles and a 2nd interface 23, joined with the 2nd sound matching layer 32, at a tilt angle. The material of the 1st sound matching layer 31 is homogeneous in the propagation direction of an ultrasonic wave and has such tilt characteristics that the propagation speed varies in layers or continuously at right angles to the propagation direction; and the length of the 1st sound matching layer 31 in the ultrasonic-wave propagation direction is 1/4 as long as the wavelength of the propagated ultrasonic wave and the 2nd sound matching layer 32 is so made wide that the ultrasonic wave refracted by the 2nd interface 23 can be radiated to measured fluid 1a from a 3rd interface 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超音波技術を利用し
た流体流量を測定する超音波流量計に関わり、特に、気
体用の超音波流量計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic flowmeter for measuring a fluid flow rate using an ultrasonic technique, and more particularly to an ultrasonic flowmeter for gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7において、従来技術による超音波流
量計は、超音波振動子4とこの超音波振動子4に接合さ
れ他方の面から音波を放射する音響整合層5とからなる
超音波センサ4A,4B を、測定流体1aが搬送される測定管
路1に対して傾斜して送信側と受信側とを対向して配備
して構成される。
2. Description of the Related Art Referring to FIG. 7, an ultrasonic flowmeter according to the prior art comprises an ultrasonic transducer 4 and an acoustic matching layer 5 which is joined to the ultrasonic transducer 4 and emits sound waves from the other surface. The sensors 4A and 4B are configured such that the transmitting side and the receiving side are arranged so as to be inclined with respect to the measuring pipe 1 in which the measuring fluid 1a is conveyed.

【0003】かかる構成において、超音波流量計は、一
方の超音波センサ(例えば4A)の超音波振動子4を励振
し音響整合層5を介して流体1aとの音響インピーダンス
の整合を図り、超音波振動子4から超音波信号4aを送信
し、他方の超音波センサ(4B)の音響整合層5を介して超
音波振動子4でこの送信された超音波信号4aを受信す
る。そして、この超音波信号4aの送受信を交互に切り換
えて、超音波信号4aが上流側への伝搬時間と下流側への
伝搬時間との伝搬時間差ΔT を測定することにより、測
定管路1内の流体1aの流速あるいは流量を測定すること
ができる。
In such a configuration, the ultrasonic flowmeter excites the ultrasonic vibrator 4 of one ultrasonic sensor (for example, 4 A) to match the acoustic impedance with the fluid 1a via the acoustic matching layer 5, and The ultrasonic transducer 4 transmits an ultrasonic signal 4a, and the ultrasonic transducer 4 receives the transmitted ultrasonic signal 4a via the acoustic matching layer 5 of the other ultrasonic sensor (4B). The transmission and reception of the ultrasonic signal 4a are alternately switched to measure the propagation time difference ΔT between the propagation time of the ultrasonic signal 4a to the upstream side and the propagation time to the downstream side. The flow velocity or flow rate of the fluid 1a can be measured.

【0004】図7の図示例の超音波流量計は、測定管1
に傾斜して超音波センサ4A,4B の送信側および受信側が
流体1aに接して対向して配備されている。この超音波流
量計の超音波センサ4A,4B の取り付け部では、測定管1
の内面に対して突出部および測定管1の内面よりもへこ
んだ部分が構成され、測定管1の内面はこの超音波セン
サ4A,4B の取り付け部を流れる流体1aに対して平滑な面
を構成していない。このため、超音波センサ4A,4B の取
り付け部付近に、測定する流体1aに乱れが生じ、流体1a
の流量を正確に測定することができなかった。
[0004] The ultrasonic flowmeter shown in FIG.
The transmitting side and the receiving side of the ultrasonic sensors 4A and 4B are disposed so as to be in contact with and in contact with the fluid 1a. At the installation part of the ultrasonic sensors 4A and 4B of this ultrasonic flow meter, the measuring tube 1
The inner surface of the measuring tube 1 has a protruding portion and a concave portion with respect to the inner surface of the measuring tube 1. The inner surface of the measuring tube 1 forms a smooth surface for the fluid 1a flowing through the mounting portion of the ultrasonic sensors 4A and 4B. I haven't. For this reason, the fluid 1a to be measured is disturbed near the mounting portion of the ultrasonic sensors 4A and 4B, and the fluid 1a
Could not be accurately measured.

【0005】また、ここでは図示省略されているが、測
定管路1の外側に傾斜して超音波センサ4A,4B の送信側
および受信側を対向して配備して、測定管路1内の流体
1aの流速を測定することができる。この測定法では、流
体1aが液体のときは、まだ流体1aの音響インピーダンス
が比較的大きいので測定管1を介して超音波を流体1a中
に伝搬させることができるが、流体1aが気体のときは、
流体1aの音響インピーダンスが小さいので、測定管1と
流体1aの気体との界面で反射現象が起こり、超音波を流
体1a中に伝搬させることが困難となる。
Although not shown in the figure, the transmitting side and the receiving side of the ultrasonic sensors 4A and 4B are arranged to be inclined to the outside of the measuring pipe 1 so as to face each other. fluid
The flow velocity of 1a can be measured. In this measurement method, when the fluid 1a is a liquid, the acoustic impedance of the fluid 1a is still relatively large, so that the ultrasonic waves can be propagated into the fluid 1a through the measuring tube 1. However, when the fluid 1a is a gas, Is
Since the acoustic impedance of the fluid 1a is small, a reflection phenomenon occurs at the interface between the measurement tube 1 and the gas of the fluid 1a, and it is difficult to propagate the ultrasonic wave into the fluid 1a.

【0006】従って、測定管路1の外側に超音波センサ
を配備する方法は、一般的には流体1aが液体で構成され
る場合であり、この場合では、測定管路1内の流体1aの
流れに乱れを生じさせない特徴があるが、測定管路1内
の測定流体1aを伝搬して傾斜して対向配置される受信側
の超音波センサ(4A),4B に受信される超音波信号4a以外
に、測定管路1のパイプ自身を直接伝搬して対向して配
置される受信側の超音波センサ(4A),4B に受信されノイ
ズ成分となる伝搬速度の速い超音波信号(4c)が存在す
る。通常の流量測定では、この測定管路1のパイプ自身
を直接伝搬して受信される超音波信号(4c)は、受信時に
マスク処理をして除去されるが、測定管路1の口径が小
さいときは、このマスク処理でノイズ成分の超音波信号
(4c)を安定に除去することが困難となる。このため、上
述の如く、超音波センサ4A,4B を測定流体1aに直接接触
する方法が行われる。
Therefore, the method of disposing the ultrasonic sensor outside the measurement pipe 1 is generally a case where the fluid 1a is composed of a liquid. In this case, the fluid 1a in the measurement pipe 1 is Although there is a feature that the flow is not disturbed, the ultrasonic signals 4a received by the ultrasonic sensors (4A) and 4B on the receiving side which are arranged to be opposed to each other while being propagated through the measuring fluid 1a in the measuring pipe 1 and inclined. In addition, an ultrasonic signal (4c) having a high propagation velocity, which is directly received by the ultrasonic sensors (4A) and 4B on the receiving side, which is directly opposed to the pipe of the measuring pipe 1 and is disposed as a noise component, becomes a noise component. Exists. In a normal flow rate measurement, the ultrasonic signal (4c) directly propagating through the pipe of the measurement pipe 1 and received is removed by masking at the time of reception, but the diameter of the measurement pipe 1 is small. When this mask processing is used, the ultrasonic signal of the noise component
It becomes difficult to remove (4c) stably. Therefore, as described above, a method of directly contacting the ultrasonic sensors 4A and 4B with the measurement fluid 1a is performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来技術に
よる超音波流量計では、超音波センサが流体に接触する
部位での凹凸による流体の流れに乱れが発生し、超音波
信号の受信振幅が変動し、伝搬時間差の測定に影響が生
じ、流量測定誤差を生じる問題がある。
As described above, in the ultrasonic flowmeter according to the prior art, the flow of the fluid is disturbed by the unevenness at the portion where the ultrasonic sensor comes into contact with the fluid, and the reception amplitude of the ultrasonic signal is increased. Fluctuates, which affects the measurement of the propagation time difference, causing a flow measurement error.

【0008】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、測定管
路内面に対して、超音波センサの取り付け部位を平滑化
することにより、測定する流体の流れを乱すことなく流
量を測定する超音波流量計を提供することにある。
[0008] The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to smooth the mounting portion of the ultrasonic sensor on the inner surface of the measurement pipe, An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate without disturbing a flow of a fluid to be measured.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、超音波振動子と, この超音波振動子に第1界面で接
合される第1音響整合層と, この第1音響整合層と第2
界面で接合され第1界面と平行に形成される第3界面か
ら音波を放射する第2音響整合層と, からなる超音波セ
ンサを、流体が搬送される測定管路に対して送信側と受
信側とを斜に対向配置する位置に垂直に配備し、超音波
センサの第1音響整合層は、超音波伝搬方向に対して、
超音波振動子と接合する第1界面を直角に、第2音響整
合層と接合する第2界面を柱状体を斜めに切断した形状
をなす傾斜角度とし、この第1音響整合層を構成する材
質は、超音波伝搬方向に均質であり、この伝搬方向と直
角方向は層状あるいは連続的に変化する傾斜特性を有
し、この直角方向の各位置に応じて超音波伝搬方向の伝
搬速度が変化し、この超音波伝搬方向の第1音響整合層
の長さは、各位置を伝搬する超音波の 1/4波長とし、超
音波センサの第2音響整合層は、第1音響整合層と接合
される第2界面を第1音響整合層の第2界面の傾斜角度
とし、第3界面の寸法は,少なくとも,第2界面で屈折
した超音波が第3界面から測定流体に放射する広がりを
有するものとする。
According to the present invention, there is provided an ultrasonic transducer, a first acoustic matching layer joined to the ultrasonic transducer at a first interface, and a first acoustic matching layer. And the second
And a second acoustic matching layer that radiates sound waves from a third interface formed in parallel with the first interface and joined at the interface. The first and the second acoustic matching layer of the ultrasonic sensor are disposed vertically at a position where the sides are obliquely opposed to each other.
The first interface to be joined to the ultrasonic vibrator is at a right angle, and the second interface to be joined to the second acoustic matching layer is an oblique angle formed by obliquely cutting a columnar body, and the material constituting the first acoustic matching layer Is homogeneous in the ultrasonic wave propagation direction, and the direction perpendicular to the propagation direction has a slope characteristic that changes laminar or continuously, and the propagation speed in the ultrasonic wave propagation direction changes according to each position in the perpendicular direction. The length of the first acoustic matching layer in the ultrasonic wave propagation direction is set to 1/4 wavelength of the ultrasonic wave propagating at each position, and the second acoustic matching layer of the ultrasonic sensor is joined to the first acoustic matching layer. The second interface is defined as the angle of inclination of the second interface of the first acoustic matching layer, and the dimension of the third interface is such that at least ultrasonic waves refracted at the second interface radiate from the third interface to the measurement fluid. And

【0010】かかる構成により、超音波振動子で発生し
た超音波は、第1界面を介して第1音響整合層に入射
し、この第1音響整合層の各位置毎で定まる音波伝搬速
度で第2音響整合層との第2界面に伝搬し、かつ、この
超音波伝搬方向の長さが伝搬する超音波の 1/4波長にな
っているので、第2界面がなす傾斜位置で屈折し、この
第2界面での反射現象を少なく、超音波を効率よく第2
音響整合層を伝搬することができる。また、第2音響整
合層からの放射面である第3界面は、管路あるいは管路
内面の測定流体と平滑に配備されているので、測定する
流体の流れを乱すことなく流量を測定することができ
る。
With this configuration, the ultrasonic waves generated by the ultrasonic vibrator are incident on the first acoustic matching layer via the first interface, and are transmitted at the sound propagation speed determined for each position of the first acoustic matching layer. 2 Since the light propagates to the second interface with the acoustic matching layer and the length of this ultrasonic wave propagation direction is 1/4 wavelength of the propagating ultrasonic wave, it is refracted at the inclined position formed by the second interface, The reflection phenomenon at the second interface is reduced, and the ultrasonic wave is efficiently transmitted to the second interface.
It can propagate through the acoustic matching layer. In addition, since the third interface, which is the radiation surface from the second acoustic matching layer, is disposed smoothly with the pipe or the measurement fluid on the pipe inner surface, the flow rate must be measured without disturbing the flow of the fluid to be measured. Can be.

【0011】また、第1音響整合層は、超音波伝搬方向
の伝搬速度は一定であり、この伝搬方向と直角方向は層
状に傾斜配合され、この材料の音速cと密度ρとの積値
ρcからなる音響インピーダンスを予め定められた値に
し、音速cの分布を段階状に傾斜配合して構成し、第2
音響整合層の音響インピーダンスは第1音響整合層の音
響インピーダンスよりも小さくすることができる。
The first acoustic matching layer has a constant propagation velocity in the direction of propagation of the ultrasonic wave, and is compounded in a layered manner in a direction perpendicular to the propagation direction, and the product value ρc of the sound velocity c and the density ρ of the material. The sound impedance c is set to a predetermined value, and the distribution of the sound velocity c is configured to be inclined in a stepwise manner.
The acoustic impedance of the acoustic matching layer can be smaller than the acoustic impedance of the first acoustic matching layer.

【0012】また、第1音響整合層は、超音波伝搬方向
の伝搬速度は一定であり、この伝搬方向と直角方向は連
続的に傾斜配合され、この材料の音速cと密度ρとの積
値ρcからなる音響インピーダンスを予め定められた値
にし、音速cの分布を連続的に傾斜配合して構成し、第
2音響整合層の音響インピーダンスは第1音響整合層の
音響インピーダンスよりも小さくすることができる。
The first acoustic matching layer has a constant propagation speed in the ultrasonic wave propagation direction and is continuously inclined and mixed in a direction perpendicular to the propagation direction. The product value of the sound velocity c and the density ρ of the material The acoustic impedance composed of ρc is set to a predetermined value, and the distribution of the sound velocity c is continuously inclined. The acoustic impedance of the second acoustic matching layer is smaller than the acoustic impedance of the first acoustic matching layer. Can be.

【0013】かかる構成により、第2音響整合層の音響
インピーダンスを測定管路あるいは測定管路内面の測定
流体と整合を保ちながら、あるいは、特に流体が気体の
ときは、この測定流体の音響インピーダンスに極力近づ
けるべく第2音響整合層の音響インピーダンスを小さく
し、超音波伝搬方向に対しても音響インピーダンスが傾
斜配合させることにより、効率的に測定流体に超音波セ
ンサからの超音波を傾斜する角度で伝搬させることがで
きる。
With such a configuration, the acoustic impedance of the second acoustic matching layer is kept matched with the measuring fluid or the measuring fluid on the inner surface of the measuring pipeline, or particularly when the fluid is gas, the acoustic impedance of the measuring fluid is reduced. The acoustic impedance of the second acoustic matching layer is reduced as much as possible, and the acoustic impedance is inclined and mixed with the ultrasonic wave propagation direction, so that the ultrasonic wave from the ultrasonic sensor can be efficiently inclined to the measurement fluid at an angle. Can be propagated.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例による超
音波流量計の要部構成図、図2は一実施例による第1音
響整合層および第2音響整合層の説明図、図3は段階状
に傾斜配合された第1音響整合層の説明図、図4は連続
的に傾斜配合される第1音響整合層の説明図、図5はバ
ルーンの説明図、図6は他の方法による連続的に傾斜配
合される第1音響整合層の説明図であり、図7、図8に
対応する同一部材には同じ符号が付してある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing a main part of an ultrasonic flowmeter according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a first acoustic matching layer and a second acoustic matching layer according to one embodiment. 3 is an explanatory view of a first acoustic matching layer that is inclinedly blended stepwise, FIG. 4 is an explanatory view of a first acoustic matching layer that is continuously inclinedly blended, FIG. 5 is an explanatory view of a balloon, and FIG. FIG. 9 is an explanatory view of a first acoustic matching layer which is continuously inclined and mixed by the method, and the same members corresponding to FIGS. 7 and 8 are denoted by the same reference numerals.

【0015】図1において、本発明による超音波流量計
は、超音波振動子21と, この超音波振動子21に第1界面
22で接合される第1音響整合層31(3a,3b,3c,・・) と,
この第1音響整合層31と第2界面23で接合され第1界面
22と平行に形成される第3界面24から超音波2a,2b,2c・
・2mを放射する第2音響整合層32と, からなる超音波セ
ンサ2A,2B を、流体1aが搬送される測定管路1に対して
送信側と受信側とが斜に対向配置する位置に垂直に配備
して構成される。
In FIG. 1, an ultrasonic flowmeter according to the present invention includes an ultrasonic oscillator 21 and a first interface with the ultrasonic oscillator 21.
A first acoustic matching layer 31 (3a, 3b, 3c,...) Joined at 22;
This first acoustic matching layer 31 and the second interface 23 are joined at the first interface
The ultrasonic waves 2a, 2b, 2c
The ultrasonic sensors 2A and 2B, which are composed of the second acoustic matching layer 32 emitting 2 m, and the transmitting side and the receiving side are obliquely opposed to the measuring pipe 1 in which the fluid 1a is conveyed. It is configured to be deployed vertically.

【0016】この超音波センサ2A,2B の第1音響整合層
31は、図示例では音響整合層(3a,3b,3c・・) の積層構
造で構成され、超音波(2a,2b,2c・・) の伝搬方向(図
示例では垂直方向)に対して、超音波振動子21と接合す
る第1界面22を直角に、第2音響整合層32と接合する第
2界面23を柱状体を斜めに切断した形状をなす傾斜角度
とし、この第1音響整合層31(3a,3b,3c,・・) を構成す
る材質は、超音波伝搬方向に均質であり、この伝搬方向
と直角方向は層状あるいは連続的に変化する傾斜特性を
備え、この直角方向の各位置((i=a,b,c・・) または
(x) 以下、直角方向の位置を段階状ではi,連続的ではx
の添字で表現する)に応じて超音波(2a,2b,2c・・) の
伝搬方向の伝搬速度(ci=ca,cb,cc,・・)または
(cx)が一定の割合で変化し、この超音波(2a,2b,2c・
・) の伝搬方向の第1音響整合層31(3a,3b,3c・・) の
長さは、各位置(iまたはx)を伝搬する超音波(2a,2b,2c
・・)または(cx)の 1/4波長に構成される。
The first acoustic matching layer of the ultrasonic sensors 2A, 2B
Reference numeral 31 denotes a layered structure of acoustic matching layers (3a, 3b, 3c,...) In the illustrated example, and a propagation direction (vertical direction in the illustrated example) of ultrasonic waves (2a, 2b, 2c,. The first interface 22 joined to the ultrasonic vibrator 21 has a right angle, and the second interface 23 joined to the second acoustic matching layer 32 has an inclination angle formed by cutting a columnar body obliquely. 31 (3a, 3b, 3c, ...) is homogeneous in the direction of propagation of the ultrasonic wave, and the direction perpendicular to this direction of propagation has a layered or continuously changing inclination characteristic. Position ((i = a, b, c ...) or
(x) In the following, the position in the perpendicular direction is i for stepwise, x for continuous
), Or the propagation velocity (ci = ca, cb, cc,...) Or (cx) in the propagation direction of the ultrasonic wave (2a, 2b, 2c...) This ultrasonic (2a, 2b, 2c ・
The length of the first acoustic matching layer 31 (3a, 3b, 3c...) In the propagation direction of the ultrasonic waves (2a, 2b, 2c) propagating at each position (i or x)
..) or (cx) 1/4 wavelength.

【0017】また、超音波センサ2A,2B の第2音響整合
層32は、第1音響整合層31と接合される第2界面23を第
1音響整合層31の第2界面23と同じ傾斜角度とし、第3
界面24を構成する寸法は,少なくとも,第2界面23で屈
折した超音波2a,2b,2c・・2mが第3界面24から測定流体
1aに放射できる広がりを備える様に構成される。
The second acoustic matching layer 32 of the ultrasonic sensors 2A and 2B has a second interface 23 joined to the first acoustic matching layer 31 with the same inclination angle as the second interface 23 of the first acoustic matching layer 31. And the third
The dimensions of the interface 24 are such that at least the ultrasonic waves 2a, 2b, 2c,... 2m refracted at the second interface 23
It is configured to have a spread that can radiate to 1a.

【0018】かかる構成により、超音波振動子21で発生
した超音波は、第1界面22を介して第1音響整合層31(3
a,3b,3c,・・) に入射し、この第1音響整合層31(3a,3
b,3c,・・) の各位置毎で定まる音波伝搬速度(ca,c
b,cc,・・)で第2音響整合層32との第2界面23に伝搬
し、かつ、この超音波伝搬方向の長さが伝搬する超音波
の 1/4波長になっているので、第2界面23がなす傾斜角
度と,第1音響整合層31と第2音響整合層32との音波伝
搬速度に比から定まる角度で屈折する。この第2界面23
での反射現象は少なく、超音波を効率よく第2音響整合
層32を伝搬することができる。また、第2音響整合層32
からの放射面である第3界面24は、管路1あるいは管路
1内面の測定流体1aと平滑に配備されているので、測定
する流体1aの流れを乱すことなく流量を測定することが
できる。
With this configuration, the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer 21 are transmitted through the first interface 22 to the first acoustic matching layer 31 (3
a, 3b, 3c, ..), and the first acoustic matching layer 31 (3a, 3c).
b, 3c, ...)) sound wave propagation velocity (ca, c
b, cc,...) and propagates to the second interface 23 with the second acoustic matching layer 32, and the length of this ultrasonic wave propagation direction is 1/4 wavelength of the propagating ultrasonic wave. The light is refracted at an angle determined by a ratio between the inclination angle formed by the second interface 23 and the sound wave propagation speed between the first acoustic matching layer 31 and the second acoustic matching layer 32. This second interface 23
The ultrasonic wave can efficiently propagate through the second acoustic matching layer 32. Also, the second acoustic matching layer 32
Since the third interface 24, which is a radiation surface from, is disposed smoothly with the pipe 1 or the measurement fluid 1a on the inner surface of the pipe 1, the flow rate can be measured without disturbing the flow of the fluid 1a to be measured. .

【0019】[0019]

【実施例】図2、図3により本発明の超音波センサの音
速の分布が段階状に傾斜配合される第1音響整合層31の
構成を、図4〜図6で音速の分布が連続的に傾斜配合さ
れる第1音響整合層31の構成例を中心に説明する。 (実施例1)図2の(A) において、第1音響整合層31
は、超音波(2a,2b,2c・・) の伝搬方向に構成される材
料特性は一定であり、超音波(2a,2b,2c・・) の伝搬方
向と垂直方向に構成される材料特性は傾斜配合され、こ
の材料の音速c(ci,cx)と密度ρ(ρi,ρx)との積値
ρcで示される音響インピーダンス(ρi ci,ρx cx)
を一定にし、音速cの分布を段階状に傾斜配合して構成
する。
2 and 3 show the structure of the first acoustic matching layer 31 in which the distribution of the sound velocity of the ultrasonic sensor of the present invention is graded in a stepwise manner, and FIGS. 4 to 6 show that the distribution of the sound velocity is continuous. The following description focuses on an example of the configuration of the first acoustic matching layer 31 that is inclinedly mixed. (Embodiment 1) In FIG.
Is that the material properties composed in the propagation direction of the ultrasonic waves (2a, 2b, 2c ...) are constant, and the material properties composed in the direction perpendicular to the propagation direction of the ultrasonic waves (2a, 2b, 2c ...) Is mixed in a gradient, and the acoustic impedance (ρi ci, ρx cx) represented by the product value ρc of the sound velocity c (ci, cx) and the density ρ (ρi, ρx) of this material
Is constant, and the distribution of the sound speed c is inclined and mixed stepwise.

【0020】この第1音響整合層31は、例えば、図3に
図示される様に、音速c(Ci)と密度ρ(ρi)が異なり、
かつ、積値ρc(ρi ci)が等しい材料(3a,3b,3c・
・)を層状に張り合わせる。この張り合わせは、音速c
の大小関係に従って (1)式に示される関係に配列され
る。
The first acoustic matching layer 31 has, for example, a sound velocity c (Ci) and a density ρ (ρi) different from each other as shown in FIG.
In addition, materials (3a, 3b, 3c ·) having the same product value ρc (ρi ci)
・) Are laminated in layers. This bonding is the sound speed c
Are arranged in the relation shown in the equation (1) according to the magnitude relation of

【0021】[0021]

【数1】 ca <cb <cc <・<ci <・ (1) また、第1音響整合層31は、超音波振動子2との接合面
側である第1界面22を直角に構成し、材料(3a,3b,3c・
・)の各層は、層の長さLi を (2)式で示される 1/4波
長(1/4λi)とし、層の厚さを各層の長さLi( La,Lb,Lc
・・)とこの層の中心部分とを結ぶ線が直線となる様に
選択する。
C a <c b <c c <· <c i <(1) The first acoustic matching layer 31 forms the first interface 22 on the bonding surface side with the ultrasonic transducer 2 at a right angle, Materials (3a, 3b, 3c ・
In each layer, the length Li of the layer is set to a quarter wavelength (1 / 4λi) represented by the equation (2), and the thickness of the layer is set to the length Li (La, Lb, Lc) of each layer.
・ ・) Is selected so that the line connecting the central part of this layer is a straight line.

【0022】[0022]

【数2】 Li =(1/4)λi =ci /4f (2) 但し、ci は音速ca,cb,cc,・・、f は超音波の周波
数 また、第2音響整合層32は、第1音響整合層31と接合さ
れる第2界面23を第1音響整合層31の第2界面23と同じ
傾斜角度とし、第1界面22と平行に形成される第3界面
24の寸法は,少なくとも,第2界面23で屈折した超音波
2a,2b,2c・・2mが第2音響整合層32の側面で反射するこ
となく、第3界面24から測定流体1aに放射できる広がり
を備える様に構成される。
Li = (1/4) λi = ci / 4f (2) where ci is the sound speed ca, cb, cc,..., F is the frequency of the ultrasonic wave. The second interface 23 bonded to the first acoustic matching layer 31 has the same inclination angle as the second interface 23 of the first acoustic matching layer 31, and the third interface formed parallel to the first interface 22
24 is at least the ultrasonic wave refracted at the second interface 23
... 2m are provided such that they can be radiated from the third interface 24 to the measurement fluid 1a without being reflected on the side surface of the second acoustic matching layer 32.

【0023】図2の(A) は、各層の長さLi(La,Lb,Lc・
・)を (2)式の寸法より少し長めに製作し、第2界面23
を平滑に研磨して構成する、あるいは、上述した第1音
響整合層31を長く構成し、これを切断・研磨して複数の
第1音響整合層31を構成することができる。また、図2
の(B) は、上述の各層の長さLi(La,Lb,Lc・・)を (2)
式の寸法で層状に張り合わせることによって構成するこ
とができる。 (実施例2)図4に図示される第1音響整合層31は、他
の実施例であり、超音波伝搬方向の材料特性は均一であ
り、超音波伝搬方向と直角方向の材料特性は傾斜配合さ
れ、この材料の音速cx と密度ρx との積値ρx cx か
らなる音響インピーダンスを予め定められた値に選択
し、音速cx の分布を連続的(あるいは段階状)に傾斜
配合して構成するものである。
FIG. 2A shows the length Li (La, Lb, Lc.
・) Is made slightly longer than the dimension of formula (2), and the second interface 23
Can be formed by smooth polishing, or the first acoustic matching layer 31 described above can be configured to be long, and cut and polished to form a plurality of first acoustic matching layers 31. FIG.
(B) shows that the length Li (La, Lb, Lc.
It can be constituted by laminating in a layered manner with the dimensions of the formula. (Embodiment 2) The first acoustic matching layer 31 shown in FIG. 4 is another embodiment, in which the material characteristics in the ultrasonic wave propagation direction are uniform, and the material characteristics in the direction perpendicular to the ultrasonic wave propagation direction are inclined. The acoustic impedance composed of the product value ρx cx of the sound velocity cx and the density ρx of the material is selected to a predetermined value, and the distribution of the sound velocity cx is continuously (or stepwise) inclined and blended. Things.

【0024】かかる構成の第1音響整合層31は次の様に
構成することができる。図4の(A)において、硬化して
いない低粘度の樹脂中に白丸および黒丸で図示された密
度ρ1,ρ2 の異なるプラスチックバルーンあるいはガラ
スバルーン(以下、バルーンと略称する)を混合し、一
定時間放置する。すると、重力の作用によって、密度ρ
1,ρ2 の異なるバルーンの分布は、図4の(B) に図示さ
れる様に、上下方向に位置x をとり、低粘度の樹脂中で
黒丸で図示される密度ρ1 の濃いバルーンが下方に多く
分布し、白丸で図示される密度ρ2 の薄い白丸のバルー
ンが上方に多く分布し、この黒丸および白丸のバルーン
の分布が横方向にほぼ均等な濃度で分布し、階段状ある
いは連続的な密度分布を生じさせることができる。
The first acoustic matching layer 31 having such a configuration can be configured as follows. In FIG. 4 (A), plastic or glass balloons (hereinafter, abbreviated as balloons) having different densities ρ1 and ρ2 shown by white circles and black circles are mixed with uncured low-viscosity resin for a certain period of time. put. Then, by the action of gravity, the density ρ
As shown in FIG. 4 (B), the distribution of balloons having different ρ1 takes a position x in the vertical direction, and a dark balloon having a density ρ1 indicated by a black circle in a low-viscosity resin moves downward. Many balloons are distributed, and thin white circle balloons of density ρ2, which are illustrated by white circles, are distributed upward, and the distribution of black and white circle balloons is distributed at a substantially uniform concentration in the horizontal direction. A distribution can be created.

【0025】この状態の樹脂を硬化させることにより、
音速cx と密度ρx の異なる第1音響整合層31を製作す
ることができる。この第1音響整合層31の製作にあた
り、バルーンはプラスチック球あるいはガラス球のいず
れのバルーンでも密度ρの値が制御できれば使用可能で
ある。
By curing the resin in this state,
The first acoustic matching layer 31 having a different sound speed cx and a different density ρx can be manufactured. In manufacturing the first acoustic matching layer 31, any balloon such as a plastic sphere or a glass sphere can be used as long as the value of the density ρ can be controlled.

【0026】図5はプラスチックバルーンあるいはガラ
スバルーンを図示し、それぞれ中空状のプラスチック球
あるいは中空状のガラス球から構成することができる。 (実施例3)図6の(A) において、硬化していない低粘
度の樹脂中に帯電させた白丸および黒丸で図示される密
度ρ3,ρ4 の異なるプラスチック球あるいは金属粉末体
を混合し、電界あるいは磁界中に挿入する。帯電したプ
ラスチック球あるいは金属粉末体は、電界あるいは磁界
の作用を受け、図6の(B) に図示される様に、図示例で
は横方向に位置x をとり、電気(あるいは磁気)泳動さ
せ、樹脂中で黒丸で図示される密度ρ3 のバルーンが左
方に多く分布し、白丸で図示される密度ρ4 の白丸のバ
ルーンが右方に多く分布し、この分布が上下方向にほぼ
均等な濃度で分布する様にして、階段状あるいは連続的
な密度分布を生じさせることができる。この状態で樹脂
を硬化させることにより、音速cx と密度ρx の異なる
第1音響整合層31を製作することができる。
FIG. 5 shows a plastic balloon or a glass balloon, which can be composed of a hollow plastic sphere or a hollow glass sphere, respectively. (Embodiment 3) In FIG. 6 (A), uncured low-viscosity resin was mixed with charged plastic spheres or metal powders having different densities ρ3, ρ4 as shown by white circles and black circles to form an electric field. Alternatively, it is inserted in a magnetic field. The charged plastic sphere or metal powder body is subjected to the action of an electric field or a magnetic field, as shown in FIG. 6B, takes a position x in the lateral direction in the illustrated example, and electrophoreses (or magnetizes). In the resin, many balloons of density ρ3 shown in black circles are distributed to the left, and many white circle balloons of density ρ4 shown in white circles are distributed to the right. As a result of the distribution, a step-like or continuous density distribution can be generated. By curing the resin in this state, the first acoustic matching layer 31 having a different sound velocity cx and a different density ρx can be manufactured.

【0027】なお、この第1音響整合層31の製作にあた
り、プラスチック球あるいは金属粉末体の密度は変えず
に、帯電させる電荷量ごとのプラスチック球あるいは金
属粉末体の量を増減させることによって第1音響整合層
31の傾斜特性を制御することができる。
In producing the first acoustic matching layer 31, the first acoustic matching layer 31 is formed by increasing or decreasing the amount of the plastic sphere or metal powder for each charge amount without changing the density of the plastic sphere or metal powder. Acoustic matching layer
31 tilt characteristics can be controlled.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上述べたように本発明による超音波流
量計は、超音波センサの取り付け角度によって、音響整
合層の超音波放射面と超音波振動子の振動面との角度を
制御することができ、超音波流量計の測定管内面に対す
る超音波センサの取り付け部位を平滑化することがで
き、測定する流体の流れを乱すことなく流量を測定する
ことができる。
As described above, in the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the angle between the ultrasonic radiation surface of the acoustic matching layer and the vibration surface of the ultrasonic transducer is controlled by the mounting angle of the ultrasonic sensor. Thus, the portion where the ultrasonic sensor is attached to the inner surface of the measurement tube of the ultrasonic flowmeter can be smoothed, and the flow rate can be measured without disturbing the flow of the fluid to be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例としての超音波流量計の要部
構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an ultrasonic flowmeter as one embodiment of the present invention.

【図2】一実施例による第1音響整合層および第2音響
整合層の説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram of a first acoustic matching layer and a second acoustic matching layer according to one embodiment.

【図3】段階状に傾斜配合された第1音響整合層の説明
FIG. 3 is an explanatory view of a first acoustic matching layer that is graded and mixed stepwise.

【図4】連続的に傾斜配合される第1音響整合層の説明
FIG. 4 is an explanatory view of a first acoustic matching layer that is continuously compounded with a gradient.

【図5】バルーンの説明図FIG. 5 is an explanatory view of a balloon.

【図6】他の方法による連続的に傾斜配合される第1音
響整合層の説明図
FIG. 6 is an explanatory view of a first acoustic matching layer which is continuously graded by another method.

【図7】従来技術による超音波流量計の要部構成図FIG. 7 is a configuration diagram of a main part of an ultrasonic flowmeter according to the related art.

【図8】従来技術による音響整合層の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of an acoustic matching layer according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定管 1a 測定流体 21、4 超音波振動子 22 第1界面 23 第2界面 24 第3界面 2A,2B,4A,4B 超音波センサ 2a,2b,2c・・4a,4c 超音波信号 31,3a,3b,3c ・・5 第1音響整合層 32 第2音響整合層 35 バルーン 36 中空 ρ, ρi,ρx 密度 c,ci,cx 音速 i,x 位置 1 Measuring tube 1a Measuring fluid 21, 4 Ultrasonic transducer 22 First interface 23 Second interface 24 Third interface 2A, 2B, 4A, 4B Ultrasonic sensor 2a, 2b, 2c ... 4a, 4c Ultrasonic signal 31, 3a, 3b, 3c ··· 5 first acoustic matching layer 32 second acoustic matching layer 35 balloon 36 hollow ρ, ρi, ρx density c, ci, cx sound velocity i, x position

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超音波振動子と, この超音波振動子に第1
界面で接合される第1音響整合層と, この第1音響整合
層と第2界面で接合され第1界面と平行に形成される第
3界面から音波を放射する第2音響整合層と, からなる
超音波センサを、流体が搬送される測定管路に対して送
信側と受信側とを斜に対向配置する位置に垂直に配備
し、 超音波センサの第1音響整合層は、超音波伝搬方向に対
して、超音波振動子と接合する第1界面を直角に、第2
音響整合層と接合する第2界面を柱状体を斜めに切断し
た形状をなす傾斜角度とし、この第1音響整合層を構成
する材質は、超音波伝搬方向に均質であり、この伝搬方
向と直角方向は層状あるいは連続的に変化する傾斜特性
を有し、この直角方向の各位置に応じて超音波伝搬方向
の伝搬速度が変化し、この超音波伝搬方向の第1音響整
合層の長さは、各位置を伝搬する超音波の 1/4波長と
し、 超音波センサの第2音響整合層は、第1音響整合層と接
合される第2界面を第1音響整合層の第2界面の傾斜角
度とし、第3界面の寸法は,少なくとも,第2界面で屈
折した超音波が第3界面から測定流体に放射する広がり
を有する、 ことを特徴とする超音波流量計。
1. An ultrasonic vibrator and a first ultrasonic vibrator
A first acoustic matching layer joined at the interface, and a second acoustic matching layer joined at the first acoustic matching layer and the second interface and emitting a sound wave from a third interface formed in parallel with the first interface. The ultrasonic sensor is disposed vertically at a position where the transmitting side and the receiving side are obliquely opposed to the measurement pipe in which the fluid is conveyed, and the first acoustic matching layer of the ultrasonic sensor The first interface to be joined to the ultrasonic transducer is perpendicular to the direction,
The second interface to be joined to the acoustic matching layer has a slant angle formed by cutting the columnar body obliquely, and the material constituting the first acoustic matching layer is homogeneous in the ultrasonic wave propagation direction and perpendicular to the propagation direction. The direction has a layered or continuously changing inclination characteristic, and the propagation speed in the ultrasonic wave propagation direction changes according to each position in the perpendicular direction. The length of the first acoustic matching layer in the ultrasonic wave propagation direction is: The second acoustic matching layer of the ultrasonic sensor has a second interface bonded to the first acoustic matching layer and a slope of the second interface of the first acoustic matching layer. An ultrasonic flowmeter, wherein the angle is an angle, and the dimension of the third interface has at least an extent that an ultrasonic wave refracted at the second interface radiates from the third interface to the measurement fluid.
【請求項2】請求項1に記載の超音波流量計において、 第1音響整合層は、超音波伝搬方向の伝搬速度は一定で
あり、この伝搬方向と直角方向は層状に傾斜配合され、
この材料の音速cと密度ρとの積値ρcからなる音響イ
ンピーダンスを予め定められた値にし、音速cの分布を
段階状に傾斜配合して構成し、第2音響整合層の音響イ
ンピーダンスは第1音響整合層の音響インピーダンスよ
りも小さくする、 ことを特徴とする超音波流量計。
2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the first acoustic matching layer has a constant propagation speed in the ultrasonic wave propagation direction, and the direction perpendicular to the propagation direction is inclined and mixed in a layered manner.
The acoustic impedance consisting of the product value ρc of the sound velocity c and the density ρ of this material is set to a predetermined value, and the distribution of the sound velocity c is graded in a stepwise manner, and the acoustic impedance of the second acoustic matching layer is (1) An ultrasonic flowmeter, which is smaller than an acoustic impedance of an acoustic matching layer.
【請求項3】請求項1に記載の超音波流量計において、 第1音響整合層は、超音波伝搬方向の伝搬速度は一定で
あり、この伝搬方向と直角方向は連続的に傾斜配合さ
れ、この材料の音速cと密度ρとの積値ρcからなる音
響インピーダンスを予め定められた値にし、音速cの分
布を連続的に傾斜配合して構成し、第2音響整合層の音
響インピーダンスは第1音響整合層の音響インピーダン
スよりも小さくする、 ことを特徴とする超音波流量計。
3. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the first acoustic matching layer has a constant propagation speed in an ultrasonic propagation direction, and a direction perpendicular to the propagation direction is continuously inclined and mixed. The acoustic impedance consisting of the product value ρc of the sound velocity c and the density ρ of this material is set to a predetermined value, and the distribution of the sound velocity c is continuously inclined and compounded. The acoustic impedance of the second acoustic matching layer is (1) An ultrasonic flowmeter, which is smaller than an acoustic impedance of an acoustic matching layer.
JP11114492A 1999-04-22 1999-04-22 Ultrasonic flowmeter Pending JP2000304581A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11114492A JP2000304581A (en) 1999-04-22 1999-04-22 Ultrasonic flowmeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11114492A JP2000304581A (en) 1999-04-22 1999-04-22 Ultrasonic flowmeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000304581A true JP2000304581A (en) 2000-11-02

Family

ID=14639125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11114492A Pending JP2000304581A (en) 1999-04-22 1999-04-22 Ultrasonic flowmeter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000304581A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002045074A1 (en) * 2000-11-30 2002-06-06 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter
EP1235056A2 (en) * 2001-02-14 2002-08-28 Kazumasa Ohnishi Clamp-on ultrasonic flowmeter
JP2003143685A (en) * 2001-11-07 2003-05-16 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of acoustic matching layer and the acoustic matching layer manufactured employing the method
WO2004036152A1 (en) * 2002-10-16 2004-04-29 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ultrasonic flow meter and wave transmission/reception device
EP1610587A1 (en) * 2003-04-28 2005-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrasonic sensor
JP2009271051A (en) * 2008-05-06 2009-11-19 Korea Research Inst Of Standards & Science Pressure measuring apparatus inside vessel using acoustic impedance matching layer
JP2015001507A (en) * 2013-06-18 2015-01-05 横河電機株式会社 Ultrasonic flow meter

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002045074A1 (en) * 2000-11-30 2002-06-06 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter
EP1235056A2 (en) * 2001-02-14 2002-08-28 Kazumasa Ohnishi Clamp-on ultrasonic flowmeter
JP2002318144A (en) * 2001-02-14 2002-10-31 Kazumasa Onishi Clamp-on type ultrasonic flow meter
EP1235056A3 (en) * 2001-02-14 2004-02-25 Kazumasa Ohnishi Clamp-on ultrasonic flowmeter
JP2003143685A (en) * 2001-11-07 2003-05-16 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of acoustic matching layer and the acoustic matching layer manufactured employing the method
WO2004036152A1 (en) * 2002-10-16 2004-04-29 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ultrasonic flow meter and wave transmission/reception device
EP1610587A1 (en) * 2003-04-28 2005-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrasonic sensor
EP1610587A4 (en) * 2003-04-28 2006-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic sensor
US7162930B2 (en) 2003-04-28 2007-01-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrasonic sensor
JP2009271051A (en) * 2008-05-06 2009-11-19 Korea Research Inst Of Standards & Science Pressure measuring apparatus inside vessel using acoustic impedance matching layer
JP2015001507A (en) * 2013-06-18 2015-01-05 横河電機株式会社 Ultrasonic flow meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002365106A (en) Instrument for measuring flow rate, clamp-on type ultrasonic flowmeter
US7162930B2 (en) Ultrasonic sensor
JP4782327B2 (en) Clamp-on type ultrasonic flowmeter
US20070034016A1 (en) Ultrasonic flow sensor
US11215489B2 (en) Apparatus and method for measuring the flow velocity of a fluid in a pipe
JP2003075219A (en) Clamp-on ultrasonic flowmeter
JP2000304581A (en) Ultrasonic flowmeter
JP4857296B2 (en) Acoustic matching body
JP2003139591A (en) Ultrasonic flowmeter
JP6149250B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP4857464B2 (en) Ultrasonic sensor
JP2004072461A (en) Ultrasonic wave transmitter/receiver and ultrasonic flowmeter using same
JP4704447B2 (en) Acoustic matching body, ultrasonic transducer, and ultrasonic flowmeter
JP2018063114A (en) Acoustic matching layer, ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter
EP2074388A2 (en) Flow sensor based on a piezoelectric polymer flow tube
JP2012242090A (en) Ultrasonic flowmeter
JP3680635B2 (en) Ultrasonic sensor, ultrasonic sensing device and ultrasonic flow meter
JP2006030142A (en) Ultrasonic flowmeter
JP6393074B2 (en) Ultrasonic absorber pasting method and ultrasonic flow meter
JP2023077716A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2005077146A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2004251653A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2685590B2 (en) Ultrasound transceiver
JP2000249581A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2003247873A (en) Flow rate measuring method for fluid moving in tubular body