JP2001317974A - 超音波式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流速分布を改善し流量計測精度を向上させた
超音波式流量計及び方法を提供する。また、加工成形が
容易で、かつ流量計測精度を向上させた超音波式流量計
を提供する。 【解決手段】 凹型流路１と覆体流路２とが流量測定部
を構成する。凹型流路１は、一対の超音波振動子３が配
設された対向する側面と、これら対向する側面を結ぶ底
面及びこの底面に対向する開口面とから構成される。覆
体流路２は、凹型流路１の開口面に覆設されて底面に対
向して流量測定部の一部を形成し、覆設された際流量測
定部の長手方向に垂直な断面が、断面凸状に形成されて
いる。さらに、凹型流路１の底面上の溝部４に流路の一
部を構成する断面凸状のベース板５が定着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
ガスなどの流量を計測する超音波式流量計に関し、特
に、流速分布を改善し流量計測精度を向上させた超音波
式流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波式流量計は図１３
に示すように、流路断面が矩形の流速測定部３１を有し
ており、その側面側にはこの流量測定部３１の軸心に対
して所定の角度を持つように一対の超音波振動子３が相
対して配設されている。またこれら対の超音波振動子３
は、流量測定部の３１の長手方向における測定部中央部
付近の流速を測定するような位置に配設されている。対
の振動子３は、交互に超音波ビームを送信及び受信し、
流量測定部を図１３の矢印で示す方向に通過する流体の
流れに対する順方向及び逆方向の伝搬時間を検出し、こ
れらの時間から流体の速度を演算して流量を算出してい
る。

【０００３】ところで、この流速測定部３１を通過する
流体の速度分布はニュートンの粘性法則に従う。すなわ
ち、この法則により、せん断応力は壁面から離れるほど
小さくなるので、流速は流路２０の軸心中心近傍でピー
クになる。逆に壁面近傍では、せん断応力が大きくなる
ので、流速は壁面に近づくにつれ大きく減速する。従っ
て、流路断面において流量測定部の長辺に平行で、その
軸心を通るｃｃ´ライン上の速度分布は、図１３のＣで
示されるように壁面近傍の速度が減速し逆に流路２０の
軸心近傍で速度がピークになった放物線状になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように軸心近傍で
流速が最大となり、壁面付近でゼロになるように、場所
によって流速差が大きい速度分布では、測定誤差が生じ
やすく計測精度に問題があった。また、流速分布を十分
発達させ安定させるために流量測定部の入口から振動子
３までの距離もある程度必要であり、コンパクト化への
要求に反するものであった。よって本発明は、上述した
現状に鑑み、流速分布を改善し流量計測精度を向上させ
た超音波式流量計及び方法を提供することを課題として
いる。また本発明は、加工成形が容易であり、かつ流量
計測精度を向上させた超音波式流量計を提供することを
課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた請求項１記載の発明は、図１〜７に示されて
いるように、一対の超音波振動子３が相対して配設され
る対向する側面と、これらの側面を結び対向する上面及
び底面とから構成される流量測定部を有し、前記一対の
超音波振動子３間の信号伝搬時間に基づいて前記流量測
定部を通過する流体の流速を検出することによって流量
を検出する超音波流量計において、前記上面及び底面の
内壁面間の距離が、前記測定流路の軸心に近づくにした
がって徐々に狭くなることを特徴とする。

【０００６】請求項１記載の発明によれば、超音波振動
子３は流量測定部の対向する側面に相対して配設され
る。そしてこれら側面を結ぶ上面及び底面の内壁面間の
距離が、測定流路の軸心に近づくにしたがって徐々に狭
くなっている。このような構成にすることによって、流
路断面における速度分布が図１３で示されるような長辺
中心付近で尖った放物線状の速度分布Ｃから、図７で示
されるような比較的平坦な速度分布Ａに改善される。

【０００７】上記課題を解決するためになされた請求項
２記載の発明は、図８〜１２に示されているように、対
向する側面と、これらの側面を結び対向する上面及び底
面とから構成される流量測定部を有し、前記対向する側
面又は対向する上面及び底面のいずれかの対向する面に
相対して配設された一対の超音波振動子３間の信号伝搬
時間に基づいて前記流量測定部を通過する流体の流速を
検出することによって流量を検出する超音波流量計であ
って、前記上面及び底面の内壁面間の距離が、前記流量
測定部の長手方向における中央部に近づくにしたがって
徐々に狭くなることを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、流量測定部
は対向する側面と、これらの側面を結び対向する上面及
び底面とから構成される。そして一対の超音波振動子３
が対向する側面又は対向する上面及び底面のいずれかの
対向する面に相対して配設されている。さらに前記上面
及び底面の内壁面間の距離は、流量測定部の長手方向に
おける中央部に近づくにしたがって徐々に狭くなる。こ
のような構成にすることによって、流路断面における速
度分布が図１３で示されるような長辺中心付近で尖った
放物線状の速度分布Ｃから、図１２で示されるような比
較的平坦な速度分布Ｂに改善される。

【０００９】上記課題を解決するためになされた請求項
３記載の発明は、図８〜１２に示されているように、請
求項２記載の超音波式流量計において、前記上面及び底
面の内壁面間の距離が、前記流量測定部の軸心に近づく
にしたがって徐々に狭くなることを特徴とする。

【００１０】請求項３記載の発明によれば、前記上面及
び底面の内壁面間の距離が、前記流量測定部の軸心に近
づくにしたがって徐々に狭くなる。すなわち、請求項２
のように上面及び底面の内壁面間の距離を、流量測定部
の長手方向における中央部に近づくにしたがって徐々に
狭くしつつ、かつ軸心に近づくにしたがって徐々に狭く
している。

【００１１】上記課題を解決するためになされた請求項
４記載の発明は、図１又は８に示されているように、請
求項１ないし３いずれか記載の超音波式流量計におい
て、前記一対の超音波振動子３が、前記測定流路１、２
１の長手方向における中央部付近の流速を測定するよう
に配設されることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明によれば、測定流路
１、２１の長手方向における中央部付近の流速を測定す
るように配設される。従って、より精度の高い流量測定
が可能になる。

【００１３】上記課題を解決するためになされた請求項
５記載の発明は、図１〜７に示されているように、一対
の超音波振動子３が相対して配設された流量測定部を有
する超音波流量計において、前記流量測定部を形成し、
前記超音波振動子３が配設された対向する側面と、これ
ら対向する側面を結ぶ底面及びこの底面に対向する開口
面とから構成された凹型流路１と、前記凹型流路１の前
記開口面に覆設されて前記底面に対向して前記流量測定
部の一部を形成し、覆設された際前記流量測定部の長手
方向に垂直な断面が、断面凸状に形成されている覆体流
路２とを有することを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の発明によれば、流量測定部
を構成する凹型流路１と覆体流路２とを有する。凹型流
路１は、超音波振動子３が配設された対向する側面と、
これら対向する側面を結ぶ底面及びこの底面に対向する
開口面とから構成される。また覆体流路２は、凹型流路
１の開口面に覆設されて底面に対向して流量測定部の一
部を形成し、覆設された際流量測定部の長手方向に垂直
な断面が、断面凸状に形成されている。

【００１５】上記課題を解決するためになされた請求項
６記載の発明は、図１〜７に示されているように、請求
項５記載の超音波式流量計において、前記凹型流路１の
前記底面上に定着されて前記流量測定部の一部を形成
し、定着された際前記流量測定部の長手方向に垂直な断
面が、断面凸状に形成されているベース板５と、前記ベ
ース板５を前記底面上の所定位置に定着する前記凹型流
路１に設けられたベース板定着手段とをさらに有するこ
とを特徴とする。

【００１６】請求項６記載の発明によれば、ベース板５
とこのベース板５を底面上の所定位置に定着するベース
板定着手段とをさらに含んでいる。このベース板５は、
凹型流路１の前記底面上に定着されて前記流量測定部の
一部を形成し、断面凸状に形成されている。またベース
板定着手段は凹型流路１に設けられている。

【００１７】上記課題を解決するためになされた請求項
７記載の発明は、図１〜７に示されているように、請求
項６記載の超音波式流量計において、前記ベース板定着
手段は、前記凹型流路１の前記底面上に形成された前記
流量測定部長手方向に延びる長方形状の溝部４であるこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項７記載の発明によれば、凹型流路１
の底面上にベース板定着手段として溝部４を有してい
る。この溝部４にベース板５が定着される。

【００１９】上記課題を解決するためになされた請求項
８記載の発明は、図１〜７に示されているように、請求
項６記載の超音波式流量計において、前記凸型ベース板
５は、端部から前記流量測定部長手方向に延びる斜面５
Ａを有することを特徴とする。

【００２０】請求項８記載の発明によれば、凸型ベース
板５は、端部から長手方向に延びる斜面５Ａを有してい
る。すなわち、流量測定部の入口、出口でこの斜面５Ａ
によって流れ状態の乱れの発生を抑える。この結果、流
体の流動時の圧力損失を低減でき、精度の高い流量計測
ができるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１〜図７を参照しながら説明する。図１は本発明の
超音波式流量計の第１の実施の形態の上側平面図であ
る。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３
は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図４は本発明の
超音波式流量計の第１の実施の形態の斜視図である。図
５は覆体流路の斜視図である。図６はベース板の斜視図
である。

【００２２】図１〜図４において、凹型流路１、覆体流
路２及びベース板５によってここを通過する流体の流量
を測定するための流量測定部が構成されている。この流
量測定部の断面の短辺側又は側面側には、この流量測定
部の軸心に対して所定の角度を持つように一対の超音波
振動子３が相対して配設されている。またこれら超音波
振動子３は、流量測定部の長手方向における測定部中央
部付近の流速を測定するような位置に配設されている。
このように配設することにより速度分布がより安定した
長手方向における測定部中央部付近の流速が計測される
ので、より精度の高い流量測定ができる。

【００２３】上記対の振動子３は、交互に超音波ビーム
を送信及び受信し、流量測定部を図１の矢印で示す方向
に通過する流体の流れに対する順方向及び逆方向の伝搬
時間を検出し、これらの時間から流体の速度を演算して
流量を算出している。なお、上述の流量測定部の入口及
び出口端は、図示しない管コネクタを介して図示しない
他の配管に接続される。

【００２４】凹型流路１は、図２〜４に示されているよ
うに、流量測定部の断面における短辺である対向する側
面と、これら側面を結ぶ流量測定部の断面における長辺
である底面から構成されており、この底面に対向する上
面は開口している。すなわち、凹型流路１は、ほぼ断面
凹状になっている。上記底面には、ベース板５が所定の
位置に定着されるように所定の深さの長方形状の溝部４
（請求項おけるベース板定着手段）が設けられている。
この溝部４は、上記底面を長方形状にくりぬいてもよい
し、この溝部４の長手方向は凹型流路１の対向する側面
を利用し、溝部４の短辺方向は所定の突起を設けるよう
にしてもよい。この溝部４は、ベース板５を上記内壁面
の所定位置に定着させることが目的であり、上述の実施
の形態に限定するものではない。このようにベース板５
の定着手段として溝部４を設けているので、定着が非常
に容易である。すなわち、単にベース板５を溝部４の形
状を合わせて装着するだけで、容易に確実にベース板５
を定着できる。

【００２５】覆体流路２は、図２〜４に示されているよ
うに、パッキン６を介して上記凹型流路１の開口面に覆
設されて、凹型流路１の底面に対向して流路の一部を形
成する。凹型流路１から分離された状態は、図５の斜視
図に示されるように、長方形状の板の上に、この板より
やや狭い幅Ｗを有し、断面凸状であるカマボコを載着し
たような形状になっている。この幅Ｗは、凹型流路１の
開口面の幅に基づいて決めれれている。

【００２６】このように凹型流路１及び覆体流路２を組
み合わせて流路を形成すればよいので、流路を形成する
際にくり抜き作業が不要になる。このことは、カットア
ンドトライを繰り返し、最適な流路を求める場合にも非
常に有効となる。また覆体流路２は、断面凸状に形成さ
れている。従来流路の一部を断面凸状に形成することは
加工が特に難しかったが、上述のように覆体流路２とし
て分離可能な構成とすることにより加工が容易になる。
さらに、覆体流路２の流路側を加工するだけで、凹型流
路１は同一のものを用いながら流量範囲の異なる超音波
式流量計が得られる。凹型流路１は同一のものを用いる
ので測定部の外形寸法も変化することがなく、この流量
計の両端に接続されるコネクタ等も既存のものを利用で
き、コスト削減の効果も得られる。

【００２７】ベース板５は、図２〜４に示されているよ
うに、上記凹型流路１の底面に設けられた長方形状の溝
部４に定着されて、覆設された覆体流路２の内壁面に対
向して流路の一部を形成する。凹型流路１から分離され
た状態は、図６の斜視図に示されるように、高さＨの長
方形状の板の上にこの板とほぼ同じ幅を有し、断面凸状
であるカマボコを載着したような形状になっている。こ
の高さＨは、上記凹型流路１の底面に設けられた溝部４
の深さに基づいて決められている。

【００２８】このように、ベース板５は流量測定部の一
部を形成し、底面上の所定位置に定着可能である。従っ
て、各種寸法の流路の形成がより簡単にできる。すなわ
ち、ベース板５は断面凸状に形成されたカマボコ形状で
あり、これを別体として加工作成するのが容易なため、
カットアンドトライを繰り返し最適な流路を求める場合
に特に有効である。凸部曲面の精度が悪い際にも、全体
を作り直す必要がなく、ベース板５だけを加工して即座
に流路の一部として適用可能である。さらに、最適化後
の大量生産も非常に容易である。さらに、断面凸状流路
の一部を形成する覆体流路２も上述したように別体とし
て加工作成できるので、この覆体流路２とベース板５を
別体として調整加工、組み合わせ変更、あるいは取り替
えも簡単にでき、カットアンドトライの繰り返しによる
流路の最適化がさらに容易になる。これら覆体流路２と
ベース板５は、例えば、強度及び軽量化を重要視すると
アルミニウム、加工の容易性及び軽量化を重要視すると
高分子材料であるＡＢＳ樹脂等が適用可能である。ま
た、耐磨耗性及び摩擦係数の低いポリアセタノール樹脂
であるジュラコン（ポリプラスティック製）も適用可能
である。

【００２９】またこのベース板５には、図６に示される
ように端部から長手方向に延びる斜面５Ａが設けられて
いる。この斜面５Ａによって、流量測定部の入口及び出
口で流れ状態の乱れの発生を抑える。この結果、流体の
流動時の圧力損失を低減でき、精度の高い流量計測がで
きるようになる。

【００３０】これら凹型流路１、覆体流路２及びベース
板５によって構成された流量測定部は、図２に示される
ように対向する上面と底面の壁面間の距離が、測定流路
の軸心に近づくにしたがって徐々に狭くなっている。言
い換えれば、上記壁面間の距離は側面に近づくにしたが
い徐々に広くなっている。従って、後述する図７で示さ
れるような比較的平坦な速度分布Ａが得られる。

【００３１】次に、図７を用いて上述した構成の第１の
実施の形態の動作を説明する。図７は、本発明の第１の
実施の形態の原理を示すための斜視図とその速度分布を
示す図である。図中、１Ａは第１の実施の形態において
形成される測定流路を示す。３は上述したようにこの測
定流路の短辺側に相対して配設された一対の超音波振動
子３である。矢印で示される方向からこの測定流路の入
口に被測定流体が入力すると想定する。

【００３２】流路断面が矩形であるとすると、図１３を
用いて説明したように、被測定流体は入口から所定距離
を経た流路中央部付近において壁面付近の流速が減速
し、軸心付近で尖った放物線状の速度分布になる。すな
わち、この流速分布はニュートンの粘性法則に従ってい
る。いま、せん断応力をＴ（Ｎ／ｍ² ）、流速をｕ（ｍ
／ｓ）、壁面からの距離をｙ（ｍ）及びガス粘度をμ
（Ｐａｓ）とすると、 Ｔ=−μｄｕ／ｄｙ が成り立つ。壁面からの距離が大きいほど速度勾配ｄｕ
／ｄｙが小さくなり、せん断応力Ｔも小さくなる。その
結果、壁面からの距離が大きいほどせん断応力Ｔの影響
が小さくなり、すなわち軸心に近づくほど流速が大きく
なり、図１３のＣで示されるように流路断面におけるｃ
ｃ´ライン上の速度分布は中心付近で尖った放物線状の
速度分布となる。

【００３３】ところが、この実施の形態によると流路断
面が上述のように測定流路の軸心に近づくにしたがって
徐々に狭くなるカマボコ型になっている。従って、軸心
と壁面との距離を縮め、軸心近傍のせん断応力Ｔを大き
くして、この近傍の速度を減少させる。軸心近傍の速度
が減少した分逆に壁面近傍の速度は増加し、その結果、
図７で示すように、流路断面において流量測定部の長辺
に平行で、その軸心を通るａａ´ライン上の速度分布は
比較的平坦で一様な速度分布Ａになる。

【００３４】このように平坦で一様な速度分布Ａに改善
されると、長辺中央部付近と壁面付近の流速の差が縮小
し、流速分布が一様化するので測定精度が向上する。す
なわち、一対の超音波振動子３が相対して配設される対
向する側面付近の減速した流速成分が補償され、軸心付
近の速度分布も平均化されるため計測誤差が少なくな
る。

【００３５】また、両側面を結ぶ上面及び底面の内壁面
間の距離が、測定流路の軸心に近づくにしたがって徐々
に狭くなっている。すなわち、上面及び底面をカマボコ
型にすることによって、測定流路の断面で流体と接触す
る壁面の長さ、すなわち濡れ辺長が大きくなるため、流
速が一様になるのに要する流路入口からの距離を短くで
きる。その結果、流量計をコンパクト化できる。なお、
上記覆体流路２及びベース板５の断面形状は低い高さの
三角形状や台形状にしてもよい。さらに、覆体流路２又
はベース板５のいずれか一方が断面凸状、三角形状や台
形状であっても一定の効果は得られる。

【００３６】次に、本発明の第２の実施の形態を図８〜
図１２を参照しながら説明する。図８は本発明の超音波
式流量計の第２の実施の形態の上側平面図である。図９
は、図８におけるＣ−Ｃ断面図である。図１０は、図８
におけるＤ−Ｄ断面図である。図１１は本発明の超音波
式流量計の第２の実施の形態の斜視図である。

【００３７】図８〜図１１において、流量測定部２１の
断面の短辺側（側面側）には、この流量測定部の軸心に
対して所定の角度を持つように一対の超音波振動子３が
相対して配設されている。またこれら超音波振動子３は
第１の実施の形態と同様、流量測定部の長手方向におけ
る測定部の中央部付近の流速を測定するような位置に配
設されている。このように配設することにより速度分布
がより安定した測定部の中央部付近の流速が計測される
ので、より精度の高い流量測定ができる。これら対の振
動子３は、第１の実施の形態と同様、交互に超音波ビー
ムを送信及び受信し、流量測定部を図１の矢印で示す方
向に通過する流体の流れに対する順方向及び逆方向の伝
搬時間を検出し、これらの時間から流体の速度を演算し
て流量を算出する。なお、上述の流量測定部の入口及び
出口端は、図示しない管コネクタを介して図示しない他
の配管に接続される。

【００３８】図９のＣ−Ｃ断面図に示されているよう
に、流量測定部２１の断面における長辺である対向する
上面と底面の壁面間の距離が、測定流路の軸心に近づく
にしたがって徐々に狭くなっている。すなわち、両壁面
は滑らかな曲率の円弧状の断面凸状になっており、流路
軸心付近でもっとも両壁面間の距離が短くなっている。
また図１０のＤ−Ｄ断面図に示されているように、上記
上面と底面の壁面間の距離は、流量測定部２１の長手方
向における中央部に近づくにしたがって徐々に狭くなっ
ている。すなわち、両壁面は滑らかな曲率の円弧状の断
面凸状になっており、上記中央部付近でもっとも両壁面
間の距離が短くなっている。ただし、流量測定部２１の
端部すなわち測定部入口及び出口付近は、図示しない管
コネクタが結合しやすいように平面状になっている。

【００３９】図１２を用いて上述した構成の第２の実施
の形態の動作を説明する。図１２は、本発明の第２の実
施の形態の原理を示すための斜視図とその速度分布を示
す図である。図中、２１Ａは第２の実施の形態において
形成される測定流路を示す。３は上述したようにこの測
定流路の短辺側に相対して配設された一対の超音波振動
子３である。矢印で示される方向からこの測定流路の入
口に被測定流体が入力すると想定する。

【００４０】前述したように流路断面が矩形であるとす
ると、図１３のＣで示されるように流路断面におけるｃ
ｃ´ライン上の速度分布は中心付近で尖った放物線状の
速度分布となる。ところが、この実施の形態によると流
量測定部の一部を形成する上面及び底面の内壁面間の距
離は、流量測定部の長手方向における中央部に近づくに
したがって徐々に狭くなっている。さらに、前記内壁面
間距離は、軸心に近づくにしたがっても徐々に狭くなっ
ている。すなわち、流量測定部の長手方向における中央
部の軸心近傍においてせん断応力Ｔが最大になり、この
近傍の速度を大きく減少させる。この軸心近傍の速度が
大きく減少した分逆に壁面近傍の速度は大きく増加す
る。その結果、図１２で示すように、流路断面において
流量測定部の長辺に平行で、その軸心を通るｂｂ´ライ
ン上の速度分布は平坦で一様な速度分布Ｂになる。要す
るに第２の実施の形態によると、第１の実施の形態に加
えて内壁面間の距離を流量測定部の長手方向における中
央部に近づくにしたがって徐々に狭くすることによっ
て、より効果的に一様な速度分布を得ることができる効
果がある。

【００４１】このように平坦で一様な速度分布Ｂに改善
されると、長辺中央部付近と壁面付近の流速の差が縮小
し、流速分布が均一化するので測定精度が向上する。す
なわち、超音波振動子３を対向する側面に配設する場
合、側面付近の減速した流速成分が補償され、軸心付近
の速度分布も平均化されるため計測誤差が少なくなる。
また、上述のように流量測定部内壁を断面凸状に形成す
ることにより測定流路の断面で流体と接触する壁面の長
さ、すなわち濡れ辺長が大きくなるため、流速が一様に
なるのに要する流路入口からの距離を短くできる。その
結果、流量計をコンパクト化できる。特にガスメータに
本実施形態を実施した場合、従来のように横長の流量測
定部にすることなく良好な流速分布が得られるので、寸
法の限られた小型化の求められるガスメータ等に本発明
は好適である。

【００４２】なお、対の振動子３は、流量測定部を形成
する対向する上面及び底面に配設してもよく、その場
合、両壁面がより近接しているので流速分布がもっとも
平らになる箇所に超音波振動子３対を配設しやすいとい
う効果がある。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、図１〜７に示されているように、超音波振
動子３は流量測定部の対向する側面に相対して配設され
る。そしてこれら側面を結ぶ上面及び底面の内壁面間の
距離が、測定流路の軸心に近づくにしたがって徐々に狭
くなっている。このような構成にすることによって、流
路断面における速度分布が図１３のＣで示されるような
長辺中心付近で尖った放物線状の速度分布Ｃから、図７
で示されるような比較的平坦な速度分布Ａに改善され
る。

【００４４】このように平坦で一様な速度分布Ａに改善
されると、長辺中央部付近と壁面付近の流速の差が縮小
し、流速分布が均一化するので測定精度が向上する。す
なわち、一対の超音波振動子３が相対して配設される対
向する側面付近の減速した流速成分が補償され、軸心付
近の速度分布も平均化されるため計測誤差が少なくな
る。また、両側面を結ぶ上面及び底面の内壁面間の距離
が、測定流路の軸心に近づくにしたがって徐々に狭くな
っている。すなわち、上面及び底面をカマボコ型にする
ことによって、測定流路の断面で流体と接触する壁面の
長さ、すなわち濡れ辺長が大きくなるため、流速が一様
になるのに要する流路入口からの距離を短くできる。そ
の結果、流量計をコンパクト化できる。特に寸法の限ら
れた小型化の求められるガスメータ等に本発明は好適で
ある。

【００４５】請求項２記載の発明によれば、図８〜１２
に示されているように、流量測定部は対向する側面と、
これらの側面を結び対向する上面及び底面とから構成さ
れる。そして一対の超音波振動子３が対向する側面又は
対向する上面及び底面のいずれかの対向する面に相対し
て配設されている。さらに、上面及び底面の内壁面間の
距離は、流量測定部の長手方向における中央部に近づく
にしたがって徐々に狭くなる。このような構成にするこ
とによって、流路断面における速度分布が図１３のＣで
示されるような長辺中心付近で尖った放物線状の速度分
布Ｃから、図１２で示されるような比較的平坦な速度分
布Ｂに改善される。

【００４６】このように平坦で一様な速度分布Ｂに改善
されると、長辺中央部付近と壁面付近の流速の差が縮小
し、流速分布が均一化するので測定精度が向上する。す
なわち、超音波振動子３を対向する側面に配設する場
合、側面付近の減速した流速成分が補償され、軸心付近
の速度分布も平均化されるため計測誤差が少なくなる。
一方、超音波振動子３を対向する上面及び底面に設ける
場合には、両壁面がより近接しているので流速分布がも
っとも平らになる箇所に超音波振動子３対を配設しやす
いという効果がある。

【００４７】請求項３記載の発明によれば、図８〜１２
に示されているように、前記上面及び底面の内壁面間の
距離が、前記流量測定部の軸心に近づくにしたがって徐
々に狭くなる。すなわち、請求項２のように上面及び底
面の内壁面間の距離を、流量測定部の長手方向における
中央部に近づくにしたがって徐々に狭くしつつ、かつ軸
心に近づくにしたがっても徐々に狭くしている。これに
より、より効果的に一様な速度分布を得ることができる
ようになる。また、このような流路内壁構成にすること
によって、測定流路の断面で流体と接触する壁面の長
さ、すなわち濡れ辺長が大きくなるため、流速が一様に
なるのに要する流路入口からの距離を短くできる。その
結果、流量計をコンパクト化できる。特に寸法の限られ
た小型化の求められるガスメータ等に本発明は好適であ
る。

【００４８】請求項４記載の発明によれば、図１又は８
に示されているように、超音波振動子３は測定流路１、
２１の長手方向における中央部付近の流速を測定するよ
うに配設される。従って、請求項１、２及び３記載の発
明の効果に加え、速度分布がより安定した長手方向にお
ける中央部付近の流速が計測されるので、より精度の高
い流量測定ができるという効果がある。

【００４９】請求項５記載の発明によれば、図１〜７に
示されているように、凹型流路１は、超音波振動子３が
配設された対向する側面と、これら対向する側面を結ぶ
底面及びこの底面に対向する開口面とから構成される。
また覆体流路２は、凹型流路１の開口面に覆設されて底
面に対向して流量測定部の一部を形成し、覆設された際
流量測定部の長手方向に垂直な断面が、断面凸状に形成
されている。

【００５０】このように凹型流路１と覆体流路２とを組
み合わせて流路を形成すればよいので、流路を形成する
際にくり抜き作業が不要になる。このことは、カットア
ンドトライを繰り返し最適な流路を求める場合にも非常
に有効となる。また凹型流路１の開口面に覆設される覆
体流路２は、断面凸状に形成されている。流路の一部を
断面凸状に形成することは加工が特に難しいが、上述の
ように覆体流路２として分離可能な構成とすることによ
り加工が容易になるという効果がある。さらに、覆体流
路２の流路側を加工するだけで、凹型流路１は同一のも
のを用いながら流量範囲の異なる超音波式流量計が得ら
れる。凹型流路１は同一のものを用いるので測定部の外
形寸法も変化することがなく、この流量計の両端に接続
されるコネクタ等も既存のものを利用でき、コスト削減
の効果も得られる。なお、凹型流路１と覆体流路２それ
ぞれが断面凸状に形成されているので、長辺中央部付近
と壁面付近の流速の差が縮小し、流速分布が均一化する
ので測定精度が向上する。すなわち、速度分布が一様化
されるため計測誤差が少なくなるという効果も得られ
る。また断面凸状とすることによって、測定流路の断面
で流体と接触する壁面の長さ、すなわち濡れ辺長が大き
くなるため、流速が一様になるのに要する流路入口から
の距離を短くできる。その結果、流量計をコンパクト化
できるという効果もある。

【００５１】請求項６記載の発明によれば、図１〜７に
示されているように、ベース板５とこのベース板５を底
面上の所定位置に定着するベース板定着手段とをさらに
含んでいる。このベース板５は、凹型流路１の前記底面
上に定着されて前記流量測定部の一部を形成し、断面凸
状に形成されている。またベース板定着手段は凹型流路
１に設けられている。

【００５２】従って、請求項６記載の発明によれば請求
項５記載の発明の効果に加え以下の効果がある。すなわ
ち、ベース板５は、流量測定部の一部を形成し、底面上
の所定位置に定着可能である。従って、各種寸法の流路
の形成がより簡単にできる。すなわち、ベース板５は断
面凸状に形成されたカマボコ形状であり、これを別体と
して加工作成するのが容易なため、カットアンドトライ
を繰り返し最適な流路を求める場合に特に有効である。
凸部曲面の精度が悪い際にも、全体を作り直す必要がな
く、ベース板５だけを加工して即座に流路の一部として
適用可能である。さらに、最適化後の大量生産も非常に
容易である。請求項５の発明で説明したように、断面凸
状流路の一部を形成する覆体流路２も別体として加工作
成できるので、この覆体流路２とベース板５を別体とし
て調整加工、組み合わせ変更、あるいは取り替えも簡単
にでき、カットアンドトライを繰り返しによる流路の最
適化がさらに容易になる。これら覆体流路２とベース板
５は、例えば、ＡＢＳ樹脂等により構成でき加工が容易
である。

【００５３】請求項７記載の発明によれば、図１〜７に
示されているように、凹型流路１の底面上にベース板定
着手段として溝部４を有している。この溝部４にベース
板５が定着される。従って請求項７記載の発明によれ
ば、請求項５及び６記載の発明の効果に加え、ベース板
５の定着手段として溝部４を設けているので、定着が非
常に容易である。すなわち、単にベース板５を溝部４の
形状を合わせて装着するだけで、容易に確実にベース板
５を定着できる。

【００５４】請求項８記載の発明によれば、図１〜７に
示されているように、凸型ベース板５は、端部から長手
方向に延びる斜面５Ａを有している。すなわち、流量測
定部の入口、出口でこの斜面５Ａによって流れの乱れの
発生を抑えることができる。この結果、請求項５及び６
記載の発明の効果に加え、流体の流動時の圧力損失を低
減でき、精度の高い流量計測ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波式流量計の第１の実施の形態の
上側平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明の超音波式流量計の第１の実施の形態の
斜視図である。

【図５】覆体流路の斜視図である。

【図６】ベース板の斜視図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態の原理を示すための
斜視図とその速度分布を示す図である。

【図８】本発明の超音波式流量計の第２の実施の形態の
上側平面図である。

【図９】図８におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図１０】図８におけるＤ−Ｄ断面図である。

【図１１】本発明の超音波式流量計の第２の実施の形態
の斜視図である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態の原理を示すため
の斜視図とその速度分布を示す図である。

【図１３】従来の超音波式流量計の斜視図とその速度分
布を示す図である。

【符号の説明】

１ 凹型流路 ２ 覆体流路 ３ 超音波振動子 ４ 溝部 ５ ベース板 ６ パッキン ２１ 流量測定部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の超音波振動子が相対して配設され
   る対向する側面と、これらの側面を結び対向する上面及
   び底面とから構成される流量測定部を有し、前記一対の
   超音波振動子間の信号伝搬時間に基づいて前記流量測定
   部を通過する流体の流速を検出することによって流量を
   検出する超音波流量計において、 前記上面及び底面の内壁面間の距離が、前記測定流路の
   軸心に近づくにしたがって徐々に狭くなることを特徴と
   する超音波式流量計。
2. 【請求項２】 対向する側面と、これらの側面を結び対
   向する上面及び底面とから構成される流量測定部を有
   し、前記対向する側面又は対向する上面及び底面のいず
   れかの対向する面に相対して配設された一対の超音波振
   動子間の信号伝搬時間に基づいて前記流量測定部を通過
   する流体の流速を検出することによって流量を検出する
   超音波流量計であって、 前記上面及び底面の内壁面間の距離が、前記流量測定部
   の長手方向における中央部に近づくにしたがって徐々に
   狭くなることを特徴とする超音波式流量計。
3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波式流量計におい
   て、 前記上面及び底面の内壁面間の距離が、前記流量測定部
   の軸心に近づくにしたがって徐々に狭くなることを特徴
   とする超音波式流量計。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の超音波
   式流量計において、 前記一対の超音波振動子が、前記測定流路の長手方向に
   おける中央部付近の流速を測定するように配設されるこ
   とを特徴とする超音波式流量計。
5. 【請求項５】 一対の超音波振動子が相対して配設され
   た流量測定部を有する超音波流量計において、 前記流量測定部を形成し、前記超音波振動子が配設され
   た対向する側面と、 これら対向する側面を結ぶ底面及びこの底面に対向する
   開口面とから構成された凹型流路と、 前記凹型流路の前記開口面に覆設されて前記底面に対向
   して前記流量測定部の一部を形成し、覆設された際前記
   流量測定部の長手方向に垂直な断面が、断面凸状に形成
   されている覆体流路と、 を有することを特徴とする超音波式流量計。
6. 【請求項６】 請求項５記載の超音波式流量計におい
   て、 前記凹型流路の前記底面上に定着されて前記流量測定部
   の一部を形成し、定着された際前記流量測定部の長手方
   向に垂直な断面が、断面凸状に形成されているベース板
   と、 前記ベース板を前記底面上の所定位置に定着する前記凹
   型流路に設けられたベース板定着手段と、 をさらに有することを特徴とする超音波式流量計。
7. 【請求項７】 請求項６記載の超音波式流量計におい
   て、 前記ベース板定着手段は、前記凹型流路の前記底面上に
   形成された前記流量測定部長手方向に延びる長方形状の
   溝部であることを特徴とする超音波式流量計。
8. 【請求項８】 請求項６記載の超音波式流量計におい
   て、 前記凸型ベース板は、端部から長手方向に延びる斜面を
   を有することを特徴とする超音波式流量計。