JP2001201379A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧損を下げて大流量まで計測する。矩形流路
の高さ方向の制約をなくす。器差特性を改善し直線性を
良くする。 【解決手段】 流路１の流れに平行な矩形断面の軸線Ｘ
−Ｘを、計量室壁面１３，１４に設けた超音波振動子
４，５を結ぶ直線６に対し角度θだけ傾ける。音波は流
路１の軸線Ｘ−Ｘを斜めに横切って伝播し、断面平均流
速が直接得られる。斜めにした分、流路１の高さ方向の
寸法を大きくでき、大流量まで低圧損で計測する。流入
部９から入った流体は計量室１０に入り、更に流路１内
を左上から右下に流れて流出部１１から流出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図８（ａ）に示すように、流路１の流れ
方向Ｖに平行な断面が符号２で示す２点鎖線の矩形で、
かつ流れに直角な（即ち紙面に直角な）断面が同図
（ｂ）のように矩形に形成された矩形流路部３の矩形２
の流れ方向の軸線上に一対の超音波振動子４，５を配設
し、一方の振動子４から流れと同じ順方向（図の矢印Ｂ
方向）に超音波パルスを送信し、他方の振動子５で受信
するまでの順方向伝播時間と振動子４からの流れと反対
の逆方向（図の矢印Ｃ方向）に超音波パルスを送信し、
他方の振動子５で受信するまでの逆方向伝播時間とから
流速Ｖを求め、流量を演算する超音波流量計が公知であ
る。

【０００３】流れ方向に平行な断面の矩形２は流路の長
さＬと高さｈとからなり、流れに直角な流路断面は同図
（ｂ）のように、高さｈ、幅ｗの矩形である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術では、
矩形２の長辺方向の軸線上に超音波振動子４，５が対向
配置されているので、両振動子間の超音波は主として矩
形２の長手方向の軸線、つまり同図（ａ）で振動子４と
５を結ぶ直線６に沿って伝播する。

【０００５】従って、軸線６から流路上壁７方向へ離れ
たり、流路下壁８方向へ離れた位置では流速の未定量部
が存在して正確な計測ができにくいという問題点があっ
た。

【０００６】また、そのために、矩形流路の高さｈを大
きくできず、結果的に流路断面積に制約が生じ、比較的
小流量の流量計しか実現できないという問題点があっ
た。

【０００７】更にまた、断面平均流速を直接得ることが
できず、層流と乱流間の遷移流量域などで特性変化があ
り、この面からも正確な計測ができにくいという問題点
があった。

【０００８】そこで、本発明は、これらの問題点を解消
できる超音波流量計を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、被計測流体の流入部と流出部を
備えた計量室の相対する壁面に一対の超音波振動子を配
置し、流入部側と流出部側を仕切るように計量室内に仕
切り壁を形成し、流入部側から流出部側に流体が流れる
ための流路を設けるため、前記仕切り壁に固定した矩形
流路部を形成した超音波流量計であって、前記流路は、
流れ方向にほぼ平行な断面で切り取られる矩形が、前記
一対の超音波振動子間を結ぶ直線に対して、流路の流れ
に直角な断面の矩形長辺方向に傾斜し、かつ一対の超音
波センサー間に流路障害物がないことを特徴とする超音
波流量計である。

【００１０】そして、請求項２の発明は、被計測流体の
流入部と流出部を備えた計量室の相対する壁面に一対の
超音波振動子を配置し、流入部側と流出部側を仕切るよ
うに計量室内に仕切り壁を形成し、流入部側から流出部
側に流体が流れるための流路を設けるため、前記仕切り
壁に固定した矩形流路部を形成した超音波流量計であっ
て、一対の超音波振動子間を結ぶ直線に対して、流れ方
向にほぼ平行な矩形断面が、流れに直角な矩形断面の長
辺方向に傾斜して配設され、傾斜の角度を流路の軸線と
流れ方向にほぼ平行な前記矩形断面の対角線とがなす角
の中間付近に定めたことを特徴とする超音波流量計であ
る。

【００１１】この発明で、中間付近というのは真ん中あ
たりのことである。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
について説明する。

【００１３】この発明では、図８の従来技術の問題点に
鑑み、図１（ａ）に示すように、流路１の流れにほぼ平
行な断面の矩形２の軸線Ｘ−Ｘと矩形２の対角線との角
Ａのほぼ真ん中あたりの角度θをなす直線上に超音波振
動子４，５を配設した。つまり、振動子４，５を結ぶ直
線６に対して、流路１を相対的に角度θだけ傾けて配設
した。

【００１４】Ｌは流路１の長さ、Ｈは高さ、Ｗは流れに
直角な矩形断面の幅である。

【００１５】こうすると、例えば振動子４からの超音波
は図２のように流路１内の流体幅を伝播して他方の振動
子５に受信されるときに、流路１の高さの全範囲を斜め
に横切って伝播し、しかも流路１内に入るときに、矩形
流路の図示左上の肩部の悪影響を受けない。

【００１６】斜め設置角度θを大きくして、対角線に近
づけると、超音波が流路１内に入射する際、近い上下壁
面により悪影響を受けたり、断面平均流速を受けにくい
ことになる。

【００１７】超音波振動子に対応した矩形流路を構成す
ると、超音波振動子から発信（送信）した超音波は流路
全体に広がり、流路の断面平均流速に相関した伝播状態
となるため、層流と乱流状態等の流速分布変化に関係な
く、求めたい断面平均流速が直接得られるという効果が
ある。

【００１８】振動子と流路を相対的に斜めに設置するこ
とで、これらの効果を維持したまま高さＨ方向の制約が
緩和され、大流量流路の構築が可能になった。因みに、
流路の高さＨは従来技術の高さｈに比較して、１．６倍
程度に向上できた。

【００１９】超音波がある高さ方向に広がり、斜めに伝
播していくので、流路入口から出口の間に高さ方向の全
断面を横切ることになり、結果としてその流路の断面平
均流速が得られる。

【００２０】図３（ａ）（ｂ）は、従来技術の図８
（ａ）（ｂ）と対比した本発明の構成で、軸線Ｘ−Ｘと
矩形２の対角線とのなす角Ａに対し、振動子４，５を結
ぶ直線と軸線Ｘ−Ｘのなす角度θは約半分になってい
る。

【００２１】〔実施例１〕図４は流路部を傾けた例であ
り、この例において、被計測流体は流入部９から計量室
１０に入り、矩形流路部３の流路１に左から入る。流路
１を図示右方に軸線Ｘ−Ｘに沿って流れ、流路１の右方
から出て流出部１１から流出する。１２は流入部側と流
出部側を仕切る仕切り壁で、矩形流路部３がこの仕切り
壁１２を貫通して固定される。

【００２２】計量室１０の相対する壁面１３，１４に
は、超音波振動子４，５が対向配置されている。

【００２３】矩形流路部３は流路１の軸線Ｘ−Ｘが、振
動子４，５を結ぶ直線に対し、前記角度θをなすよう傾
斜して取り付けられている。

【００２４】振動子４，５間には、超音波の障害になる
流路障害物は全くない。

【００２５】〔実施例２〕図５（ａ）（ｂ）に示すよう
に、矩形流路部３が、その流管１の軸線Ｘ−Ｘが角度θ
だけ傾斜して仕切り壁１２に固定されている。θは対角
線がなす角Ａの中間付近に設定してある。各振動子４，
５の発受信口１５，１６は全周に流速が発生するように
壁面１３，１４から突き出ている。

【００２６】振動子４，５は流路１の入口と出口近くに
偏って配置されている。

【００２７】なお、図５（ａ）（ｂ）の本実施例で、図
１〜図４と同じ符号の部分は、前述と同様の機能を果た
すので、重複した説明は省略する。

【００２８】図６は、図５の本発明の実施例と従来技術
の特性を比較図示するもので、ａ，ｂはそれぞれ本発明
の実施例と従来技術の器差特性を、ｃ，ｄはそれぞれ本
発明の実施例と従来技術の圧損を示す。流路面積が大き
くできたため、圧損が低下し、器差特性の直線性が向上
した（断面平均流速を得られる流量域が広がった）。本
例は流路拡大と斜め設置の複合結果であるが、器差特性
の直線性の向上は斜め設置だけで達成できる。

【００２９】〔実施例３〕図７は、実施例２の図５
（ａ）に相当する断面だけを示し、図５と比較して、流
量計内部に独立した振動子ケース１７，１８を備え、こ
のケース内に振動子４，５をそれぞれ設置した例であ
る。

【００３０】なお、図７では矩形流路３の傾きは示され
ていないが、実施例２の場合と同様である。

【００３１】

【発明の効果】本発明の超音波流量計は上述のように構
成されていて、断面平均流速が直接得られるため、流速
分布変化の影響を受けないので、層流、乱流等の違いだ
けでなく流体の種類、温度、圧力変化に影響を受けず、
正確な測定が可能であり、また超音波振動子による流体
の乱れも軽減できた結果、器差特性が向上した。

【００３２】また、流路の高さ方向の制約が緩和された
ため大流量計測が可能になった。

【００３３】更にまた、超音波振動子の位置が相対的に
流路の縁に片寄ったため、流体が流路に流れやすくな
り、その面からも圧力損失が低減できた。また、超音波
振動子の発受信口付近の流れもより平均的な流れとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流路形状と、流路と超音波振動子の配
置関係を説明する略図で、同図（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は横断面図である。

【図２】本発明の超音波の伝播状態を説明する略図であ
る。

【図３】本発明の流路と超音波振動子との配置関係の具
体的な例を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、（ｂ）は
横断面図である。

【図４】本発明の実施例の縦断面図である。

【図５】本発明の他の実施例で、（ａ）は縦断平面図、
（ｂ）は縦断正面図である。

【図６】本発明の実施例と従来技術の特性線図である。

【図７】本発明の更に他の実施例の縦断平面図である。

【図８】従来技術の要部配置図で、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は横断面図である。

【符号の説明】

１ 流路 ２ 矩形 ３ 矩形流路 ４，５ 超音波振動子 ６ 両振動子を結ぶ直線 ９ 流入部 １０ 計量室 １１ 流出部 １２ 仕切り壁 １３，１４ 壁面 Ｈ 矩形流路の高さ Ｌ 矩形流路の長さ Ｗ 矩形流路の幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被計測流体の流入部と流出部を備えた計
   量室の相対する壁面に一対の超音波振動子を配置し、流
   入部側と流出部側を仕切るように計量室内に仕切り壁を
   形成し、流入部側から流出部側に流体が流れるための流
   路を設けるため、前記仕切り壁に固定した矩形流路部を
   形成した超音波流量計であって、 前記流路は、流れ方向にほぼ平行な断面で切り取られる
   矩形が、前記一対の超音波振動子間を結ぶ直線に対し
   て、流路の流れに直角な断面の矩形長辺方向に傾斜し、
   かつ一対の超音波センサー間に流路障害物がないことを
   特徴とする超音波流量計。
2. 【請求項２】 被計測流体の流入部と流出部を備えた計
   量室の相対する壁面に一対の超音波振動子を配置し、流
   入部側と流出部側を仕切るように計量室内に仕切り壁を
   形成し、流入部側から流出部側に流体が流れるための流
   路を設けるため、前記仕切り壁に固定した矩形流路部を
   形成した超音波流量計であって、 一対の超音波振動子間を結ぶ直線に対して、流れ方向に
   ほぼ平行な矩形断面が、流れに直角な矩形断面の長辺方
   向に傾斜して配設され、 傾斜の角度を流路の軸線と流れ方向にほぼ平行な前記矩
   形断面の対角線とがなす角の中間付近に定めたことを特
   徴とする超音波流量計。