JP2003083787A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
- Publication number
- JP2003083787A JP2003083787A JP2002252684A JP2002252684A JP2003083787A JP 2003083787 A JP2003083787 A JP 2003083787A JP 2002252684 A JP2002252684 A JP 2002252684A JP 2002252684 A JP2002252684 A JP 2002252684A JP 2003083787 A JP2003083787 A JP 2003083787A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- conduit
- ultrasonic flowmeter
- transducer
- fluid
- 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
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】微小流量の測定が可能で雑音の影響を受けにく
い高精度の超音波流量計を提供する。 【解決手段】本第発明の超音波流量計は、超音波トラン
スジューサの中央部分に流体の流路を定める管路を嵌合
させた構造を有する。そして、管路は、ステンレス等の
金属又はこれと同等の剛性を有するシリカなどの素材か
ら成ると共に、シリコンゴムその他の弾性層の間に押圧
状態で保持される。好適な寸法の一例として、管路は内
径が0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、肉圧は0.1 ｍｍの範囲
に設定される。
い高精度の超音波流量計を提供する。 【解決手段】本第発明の超音波流量計は、超音波トラン
スジューサの中央部分に流体の流路を定める管路を嵌合
させた構造を有する。そして、管路は、ステンレス等の
金属又はこれと同等の剛性を有するシリカなどの素材か
ら成ると共に、シリコンゴムその他の弾性層の間に押圧
状態で保持される。好適な寸法の一例として、管路は内
径が0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲、肉圧は0.1 ｍｍの範囲
に設定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象の流体中
に超音波を伝播させ、流路の上流方向と下流方向への伝
播時間の差から流体の流速や流量を測定する超音波流量
計に関するものであり、特に、微小流量の測定に適した
超音波流量計に関するものである。
に超音波を伝播させ、流路の上流方向と下流方向への伝
播時間の差から流体の流速や流量を測定する超音波流量
計に関するものであり、特に、微小流量の測定に適した
超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波を測定対象の流路内の流体
に伝播させ、この超音波が流路の上流／下流双方向に伝
播する際の伝播時間差を利用して流体の流速（流量) を
測定する超音波流量計が汎用されてきた。
に伝播させ、この超音波が流路の上流／下流双方向に伝
播する際の伝播時間差を利用して流体の流速（流量) を
測定する超音波流量計が汎用されてきた。
【０００３】医療など各種の技術分野では、極めて微量
の流量を測定することがある。しかしながら、流体の流
量、従って流速が小さくなるにつれて測定誤差が大きく
なって測定精度が確保できなくなるという問題があり、
ニーズを十分に満足するような計測器は現状では存在し
ない。一般に微小な流量を取り扱う場合、流路の径は数
mmm 以下となり、計測器の開発が困難になる。測定部で
流路の径を拡大して計測することも可能であるが、この
結果、流速が極めて小さくなりその検出が困難となる。
の流量を測定することがある。しかしながら、流体の流
量、従って流速が小さくなるにつれて測定誤差が大きく
なって測定精度が確保できなくなるという問題があり、
ニーズを十分に満足するような計測器は現状では存在し
ない。一般に微小な流量を取り扱う場合、流路の径は数
mmm 以下となり、計測器の開発が困難になる。測定部で
流路の径を拡大して計測することも可能であるが、この
結果、流速が極めて小さくなりその検出が困難となる。
【０００４】例えば、特開平10ー153464号公報には、内
径２mm〜４mmの弗化樹脂（４弗化エチレン）のチューブ
に測定対象の流体を流し、この流体中に超音波を伝播さ
せて流速を測定する方法が開示されている。この方法で
は、円環形状のトランスジューサ（圧電変換素子）の中
心に形成された開口に樹脂製の細管が嵌合され、超音波
の励振と受信が行われる。
径２mm〜４mmの弗化樹脂（４弗化エチレン）のチューブ
に測定対象の流体を流し、この流体中に超音波を伝播さ
せて流速を測定する方法が開示されている。この方法で
は、円環形状のトランスジューサ（圧電変換素子）の中
心に形成された開口に樹脂製の細管が嵌合され、超音波
の励振と受信が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記特開
平10ー153464号に開示された先行技術と同様の構成によ
る流量の測定を試みたが、内径が１mm程度の細管では、
良好な結果が得られなかった。これは、４弗化エチレン
製の細管を使用する構成では、４弗化エチレンの剛性が
小さいため伝播損失が大きく、細管が超音波の振動吸収
材として機能してしまう。このため、十分な距離にわた
って超音波を伝播させることができないことによると推
定された。樹脂などの剛性の小さな素材についても同様
と推定される。この推定は、本発明者による多数の実験
結果から得られたものである。従って、本発明の目的
は、この推定の正当性を確認しつつ十分に実用的な超音
波流量計を提供することにある。
平10ー153464号に開示された先行技術と同様の構成によ
る流量の測定を試みたが、内径が１mm程度の細管では、
良好な結果が得られなかった。これは、４弗化エチレン
製の細管を使用する構成では、４弗化エチレンの剛性が
小さいため伝播損失が大きく、細管が超音波の振動吸収
材として機能してしまう。このため、十分な距離にわた
って超音波を伝播させることができないことによると推
定された。樹脂などの剛性の小さな素材についても同様
と推定される。この推定は、本発明者による多数の実験
結果から得られたものである。従って、本発明の目的
は、この推定の正当性を確認しつつ十分に実用的な超音
波流量計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題の一
つを解決する本発明の超音波流量計は、超音波トランス
ジューサの中央部分に流体の流路を定める管路を嵌合さ
せた構造を有する。そして、この管路は金属又はこれと
同等の剛性を有する素材から成ると共に、シリコンゴム
その他の弾性層の間に押圧状態で保持されている。
つを解決する本発明の超音波流量計は、超音波トランス
ジューサの中央部分に流体の流路を定める管路を嵌合さ
せた構造を有する。そして、この管路は金属又はこれと
同等の剛性を有する素材から成ると共に、シリコンゴム
その他の弾性層の間に押圧状態で保持されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】上記第１の発明の一つの好適な実
施の形態によれば、上記管路の径は超音波トランスジュ
ーサの径よりも小であると共に上記折り返し部分は閉ル
ープを形成しており、これら超音波トランスジューサの
一つは、閉ループの交差箇所において往路と復路の両管
路を中心部分の2 箇所に嵌合せしめており、超音波トラ
ンスジューサの残りのものは、折り返し部分の外側の上
流側と下流側のそれぞれにおいて管路を中心部分の１箇
所に嵌合せしめられることにより、3 個の超音波トラン
スジューサを用いて構成されている。
施の形態によれば、上記管路の径は超音波トランスジュ
ーサの径よりも小であると共に上記折り返し部分は閉ル
ープを形成しており、これら超音波トランスジューサの
一つは、閉ループの交差箇所において往路と復路の両管
路を中心部分の2 箇所に嵌合せしめており、超音波トラ
ンスジューサの残りのものは、折り返し部分の外側の上
流側と下流側のそれぞれにおいて管路を中心部分の１箇
所に嵌合せしめられることにより、3 個の超音波トラン
スジューサを用いて構成されている。
【０００８】本発明の好適な実施の形態によれば、上管
路はステンレス鋼又はシリカから構成される。
路はステンレス鋼又はシリカから構成される。
【０００９】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
上記管路の内径が0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の値に設定
されている。
上記管路の内径が0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の値に設定
されている。
【００１０】本発明のさらに他の好適な実施の形態によ
れば、上記管路の肉厚は、0.1 ｍｍ以下の値に設定され
ている。
れば、上記管路の肉厚は、0.1 ｍｍ以下の値に設定され
ている。
【００１１】
【実施例】図１と図２は本発明の一実施例の超音波流量
計を示す図であり、図１は全体の構成を示す全体構成
図、図２は送信用トランスジューサＴｕと、受信用トラ
ンスジューサＲと、流体の管路Ｐの一部を拡大して示す
部分拡大斜視図である。
計を示す図であり、図１は全体の構成を示す全体構成
図、図２は送信用トランスジューサＴｕと、受信用トラ
ンスジューサＲと、流体の管路Ｐの一部を拡大して示す
部分拡大斜視図である。
【００１２】流体の管路Ｐには閉じた折り返し部分（閉
ループ）が形成されており、その交差箇所には受信用超
音波トランスジューサＲが配置される。この閉じた折り
返し部分の外側（手前）の上流側には送信用トランスジ
ューサＴｕが配置され、同じく下流側には送信用トラン
スジューサＴｄが配置される。管路Ｐ内を流れる流体
は、図中の矢印で示すように、左側から右側に流れるも
のとし、この場合、Ｔｕは上流側の送信用トランスジュ
ーサ、Ｔｄは下流側の送信用トランスジューサと称す
る。
ループ）が形成されており、その交差箇所には受信用超
音波トランスジューサＲが配置される。この閉じた折り
返し部分の外側（手前）の上流側には送信用トランスジ
ューサＴｕが配置され、同じく下流側には送信用トラン
スジューサＴｄが配置される。管路Ｐ内を流れる流体
は、図中の矢印で示すように、左側から右側に流れるも
のとし、この場合、Ｔｕは上流側の送信用トランスジュ
ーサ、Ｔｄは下流側の送信用トランスジューサと称す
る。
【００１３】受信用、送信用超音波トランスジューサ
Ｒ，Ｔｕ，Ｔｄのそれぞれは、送信用トランスジューサ
についてはＴｕで代表して図２の斜視図に示すように、
円形断面の管路Ｐの径よりも大きな直径を有する円環形
状を呈している。そして、送信用トランスジューサＴｕ
の中心部に形成された開口内にステンレス鋼を素材とす
る管路Ｐが嵌合せしめられる。また、受信用トランスジ
ューサＲの中心部に形成された二つの開口内のそれぞれ
に、管路Ｐの往路部分と復路部分とが嵌合せしめられ
る。この嵌合による管路とトランスジューサの接合面に
は予め接着剤が塗布される。
Ｒ，Ｔｕ，Ｔｄのそれぞれは、送信用トランスジューサ
についてはＴｕで代表して図２の斜視図に示すように、
円形断面の管路Ｐの径よりも大きな直径を有する円環形
状を呈している。そして、送信用トランスジューサＴｕ
の中心部に形成された開口内にステンレス鋼を素材とす
る管路Ｐが嵌合せしめられる。また、受信用トランスジ
ューサＲの中心部に形成された二つの開口内のそれぞれ
に、管路Ｐの往路部分と復路部分とが嵌合せしめられ
る。この嵌合による管路とトランスジューサの接合面に
は予め接着剤が塗布される。
【００１４】図１に示すように、送信用トランスジュー
サＴｕ，Ｔｄにはそれぞれ送信回路ＴＸｕ，ＴＸｄが接
続され、受信用トランスジューサＲには受信回路ＲＸが
接続される。受信回路ＲＸには、アナログ受信信号をデ
ィジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）
が接続され、このＡ／Ｄ変換回路のディジタル受信信号
は、ディジタル・データ・プロセッサ（ＤＤＰ）に供給
される。ディジタル・データ・プロセッサＤＤＰで算定
された流量などのデータは、液晶パネルなどで構成され
る表示装置（図示せず）に表示される。
サＴｕ，Ｔｄにはそれぞれ送信回路ＴＸｕ，ＴＸｄが接
続され、受信用トランスジューサＲには受信回路ＲＸが
接続される。受信回路ＲＸには、アナログ受信信号をデ
ィジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）
が接続され、このＡ／Ｄ変換回路のディジタル受信信号
は、ディジタル・データ・プロセッサ（ＤＤＰ）に供給
される。ディジタル・データ・プロセッサＤＤＰで算定
された流量などのデータは、液晶パネルなどで構成され
る表示装置（図示せず）に表示される。
【００１５】送信回路ＴＸｕは、ディジタル・データ・
プロセッサ（ＤＤＰ）から供給される所定周期のトリガ
パルスに同期して、パルス電圧を発生し、上流側の送信
用トランスジューサＴｕを駆動する。駆動された送信用
トランスジューサＴｕは、超音波信号を発生する。発生
された超音波信号のうち下流側に伝播する成分は、流路
に沿って折り返し部分に伝播し、交差箇所に配置された
受信用トランスジューサＲに受信される。この超音波信
号は、更に、折り返し部分を流路に沿って伝播し続け、
再び受信用トランスジューサＲに受信される。
プロセッサ（ＤＤＰ）から供給される所定周期のトリガ
パルスに同期して、パルス電圧を発生し、上流側の送信
用トランスジューサＴｕを駆動する。駆動された送信用
トランスジューサＴｕは、超音波信号を発生する。発生
された超音波信号のうち下流側に伝播する成分は、流路
に沿って折り返し部分に伝播し、交差箇所に配置された
受信用トランスジューサＲに受信される。この超音波信
号は、更に、折り返し部分を流路に沿って伝播し続け、
再び受信用トランスジューサＲに受信される。
【００１６】受信用トランスジューサＲに受信された超
音波信号は、等化増幅器や濾波器などで構成される受信
回路ＲＸで増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換回路に供給さ
れ、ここでディジタル信号に変換され、ディジタル・デ
ータ・プロセッサＤＤＰに供給される。このディジタル
信号は、図３の波形図に示すように、折り返し部分を経
ることなくトランスジューサＲに受信された成分Ｘと、
こののち折り返し部分を経て再度トランスジューサＲに
受信された成分Ｙとから構成されている。
音波信号は、等化増幅器や濾波器などで構成される受信
回路ＲＸで増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換回路に供給さ
れ、ここでディジタル信号に変換され、ディジタル・デ
ータ・プロセッサＤＤＰに供給される。このディジタル
信号は、図３の波形図に示すように、折り返し部分を経
ることなくトランスジューサＲに受信された成分Ｘと、
こののち折り返し部分を経て再度トランスジューサＲに
受信された成分Ｙとから構成されている。
【００１７】ディジタル・データ・プロセッサ（ＤＤ
Ｐ）では、先に出現する超音波信号Ｘ(t) に対して遅延
時間τが付与され、この遅延された超音波信号Ｘ(t＋
τ) と後に出現する超音波信号Ｙ(t) との相関値 ＲXY（τ）＝∫〔Ｘ(t＋τ)*Ｙ(t) 〕dt ・・・(1) が算定される。
Ｐ）では、先に出現する超音波信号Ｘ(t) に対して遅延
時間τが付与され、この遅延された超音波信号Ｘ(t＋
τ) と後に出現する超音波信号Ｙ(t) との相関値 ＲXY（τ）＝∫〔Ｘ(t＋τ)*Ｙ(t) 〕dt ・・・(1) が算定される。
【００１８】そして、ディジタル・データ・プロセッサ
（ＤＤＰ）は、遅延時間を少しずつずらしながら相関値
Ｒの算定を反復し、この相関値が最大になった時点で付
与した遅延時間τo を検出する。この遅延時間τｏは、
上流側に設置された送信用トランスジューサＴｕから流
路内に放射された超音波信号が既知の長さの閉ループ内
を流体の流れの方向に伝播するのに要した伝播所要時間
に他ならない。
（ＤＤＰ）は、遅延時間を少しずつずらしながら相関値
Ｒの算定を反復し、この相関値が最大になった時点で付
与した遅延時間τo を検出する。この遅延時間τｏは、
上流側に設置された送信用トランスジューサＴｕから流
路内に放射された超音波信号が既知の長さの閉ループ内
を流体の流れの方向に伝播するのに要した伝播所要時間
に他ならない。
【００１９】このように、受信用トランスジューサＲ
に、最初に受信された受信信号成分と二度目に受信され
た受信信号成分との相関値を算定する方法においては、
二つの受信信号成分に含まれる雑音は相互に全く相関が
ないため互いに相殺され、互いに相関を有する信号成分
からほぼ除去される。従って、雑音の影響をほとんど受
けないで伝播所要時間が精度良く算定できる。
に、最初に受信された受信信号成分と二度目に受信され
た受信信号成分との相関値を算定する方法においては、
二つの受信信号成分に含まれる雑音は相互に全く相関が
ないため互いに相殺され、互いに相関を有する信号成分
からほぼ除去される。従って、雑音の影響をほとんど受
けないで伝播所要時間が精度良く算定できる。
【００２０】上記閉ループ内の上流側から下流側への超
音波の伝播所要時間の測定と前後して、逆方向への超音
波の伝播所要時間の測定が行われる。すなわち、下流側
の送信用超音波トランスジューサＴｄから流路内に超音
波信号が送信され、このうち上流側に伝播する成分が、
受信用トランスジューサＲに二度にわたって受信され
る。そして、各受信信号成分について上述したような遅
延時間の付与と相関値の算定が反復され、相関値が最大
となった時点で付与された遅延時間が、既知の長さの閉
ループ内を上流方向に伝播する超音波の伝播所要時間と
して算定される。
音波の伝播所要時間の測定と前後して、逆方向への超音
波の伝播所要時間の測定が行われる。すなわち、下流側
の送信用超音波トランスジューサＴｄから流路内に超音
波信号が送信され、このうち上流側に伝播する成分が、
受信用トランスジューサＲに二度にわたって受信され
る。そして、各受信信号成分について上述したような遅
延時間の付与と相関値の算定が反復され、相関値が最大
となった時点で付与された遅延時間が、既知の長さの閉
ループ内を上流方向に伝播する超音波の伝播所要時間と
して算定される。
【００２１】上記相関値の算定に際しては、受信信号Ｘ
(t) とＹ(t) のどのような区間を算定の対象とするかが
演算速度を向上させる上での問題となる。この相関値の
算定の対象となる区間として、例えば、図４の（Ａ）と
（Ｂ）とに示すように、設定周期分のゼロクロス点間、
例えば、２周期分のゼロクロス点間によって切り取られ
る区間が選択される。この抽出区間を常に安定して検出
することによって演算精度が高まる。そして、算定され
た相関値ＲXY (τ) を最大にする遅延時間の付与量はτ
0 は、この相関値の最大値の前後に出現する複数のゼロ
クロス点の対（τ1,τ1'), (τ2,τ2'), (τ3,τ3'),
(τ4,τ4'）・・・の平均値τ0m τ0m＝ 1Σn 〔（τi ＋τi ')／ｎ〕 に従って算定される。
(t) とＹ(t) のどのような区間を算定の対象とするかが
演算速度を向上させる上での問題となる。この相関値の
算定の対象となる区間として、例えば、図４の（Ａ）と
（Ｂ）とに示すように、設定周期分のゼロクロス点間、
例えば、２周期分のゼロクロス点間によって切り取られ
る区間が選択される。この抽出区間を常に安定して検出
することによって演算精度が高まる。そして、算定され
た相関値ＲXY (τ) を最大にする遅延時間の付与量はτ
0 は、この相関値の最大値の前後に出現する複数のゼロ
クロス点の対（τ1,τ1'), (τ2,τ2'), (τ3,τ3'),
(τ4,τ4'）・・・の平均値τ0m τ0m＝ 1Σn 〔（τi ＋τi ')／ｎ〕 に従って算定される。
【００２２】図５は、図１に示した実施例の超音波流量
計のうち、管路Ｐと超音波トランスジューサＴｕ，Ｔ
ｄ、Ｒとを含むフロントエンド部分の好適な構成の一例
を示す斜視図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。管路の内径
は、0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の値に設定されると共
に、その肉厚は、0.1 ｍｍ以下の値に設定されている。
この極く細の管路Ｐは、その上下に配置される厚み数ｍ
ｍ程度のシリコンゴム板ＲＳの間に挟持され、このシリ
コンゴムＲＳ板は、それぞれの上下に配置される合成樹
脂ＰＬの間に挟持される。
計のうち、管路Ｐと超音波トランスジューサＴｕ，Ｔ
ｄ、Ｒとを含むフロントエンド部分の好適な構成の一例
を示す斜視図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。管路の内径
は、0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の値に設定されると共
に、その肉厚は、0.1 ｍｍ以下の値に設定されている。
この極く細の管路Ｐは、その上下に配置される厚み数ｍ
ｍ程度のシリコンゴム板ＲＳの間に挟持され、このシリ
コンゴムＲＳ板は、それぞれの上下に配置される合成樹
脂ＰＬの間に挟持される。
【００２３】上下のシリコンゴム板ＲＳと、それぞれの
上下に配置される合成樹脂板ＰＬには超音波トランスジ
ューサＴｕ，Ｔｄ、Ｒのそれぞれを収容するための溝が
形成され、これらの溝の内部に超音波トランスジューサ
が電気／機械変換特性に影響を与えないような非圧迫状
態で収容される。最上部にはプリント配線板ＰＢが載置
され、上記シリコンゴム板ＲＳと、合成樹脂板ＰＬとプ
リント配線板ＰＢは、それぞれの周辺部においてネジ止
めされる。最上部のプリント配線板ＰＢ上に、図１に示
した、ディジタル・データ・プロセッサ（ＤＤＰ）、送
信回路ＴＸ、受信回路ＲＸ、Ａ／Ｄ変換回路などが形成
される。
上下に配置される合成樹脂板ＰＬには超音波トランスジ
ューサＴｕ，Ｔｄ、Ｒのそれぞれを収容するための溝が
形成され、これらの溝の内部に超音波トランスジューサ
が電気／機械変換特性に影響を与えないような非圧迫状
態で収容される。最上部にはプリント配線板ＰＢが載置
され、上記シリコンゴム板ＲＳと、合成樹脂板ＰＬとプ
リント配線板ＰＢは、それぞれの周辺部においてネジ止
めされる。最上部のプリント配線板ＰＢ上に、図１に示
した、ディジタル・データ・プロセッサ（ＤＤＰ）、送
信回路ＴＸ、受信回路ＲＸ、Ａ／Ｄ変換回路などが形成
される。
【００２４】上述のようにこの実施例ではステンレス鋼
を素材とする管路Ｐの内径は、１ｍｍから0.１ｍｍの範
囲に設定され、肉厚は0.１ｍｍ以下に設定されている。
管路の肉厚をこのように薄くしても、その管壁内を伝播
する超音波信号の成分は相当に大きな値となる。この管
壁の内部を伝播する超音波信号を減衰させるために、管
路Ｐの外周面をシリコンゴム板内に埋め込むことによっ
て管路Ｐの外周部分にシリコンゴムの層を密着させ、振
動吸収層を形成する。
を素材とする管路Ｐの内径は、１ｍｍから0.１ｍｍの範
囲に設定され、肉厚は0.１ｍｍ以下に設定されている。
管路の肉厚をこのように薄くしても、その管壁内を伝播
する超音波信号の成分は相当に大きな値となる。この管
壁の内部を伝播する超音波信号を減衰させるために、管
路Ｐの外周面をシリコンゴム板内に埋め込むことによっ
て管路Ｐの外周部分にシリコンゴムの層を密着させ、振
動吸収層を形成する。
【００２５】４弗化エチレンや樹脂などの柔らかな素材
で管路を構成した超音波流量計がうまく動作しない原因
の一つとして、超音波振動の励振効率が低下することも
考えられる。すなわち、円環形状のトランスジューサの
中心に管路を嵌合させた図２の（Ｂ）に示す構成では、
トランスジューサに発生する厚み方向の振動成分と径方
向への振動成分のうち、後者の成分によって管路がその
中心軸と直交する方向に伸縮する。
で管路を構成した超音波流量計がうまく動作しない原因
の一つとして、超音波振動の励振効率が低下することも
考えられる。すなわち、円環形状のトランスジューサの
中心に管路を嵌合させた図２の（Ｂ）に示す構成では、
トランスジューサに発生する厚み方向の振動成分と径方
向への振動成分のうち、後者の成分によって管路がその
中心軸と直交する方向に伸縮する。
【００２６】この伸縮が圧縮／膨張に関して等方性を有
する液体などの流体中で管軸方向への圧力と密度の疎密
波（縦波）に変換されて、流路の方向に伝播する超音波
信号となる。この際、管路Ｐの素材が樹脂のように柔ら
か過ぎると、これ自体が振動吸収体として作用し、あた
かも振動吸収体を通して流体中に超音波を伝達するよう
な結果となり、励振効率が大幅に低下するおそれがあ
る。
する液体などの流体中で管軸方向への圧力と密度の疎密
波（縦波）に変換されて、流路の方向に伝播する超音波
信号となる。この際、管路Ｐの素材が樹脂のように柔ら
か過ぎると、これ自体が振動吸収体として作用し、あた
かも振動吸収体を通して流体中に超音波を伝達するよう
な結果となり、励振効率が大幅に低下するおそれがあ
る。
【００２７】従って、本実施例のように管路Ｐを大きな
剛性のステンレス鋼などの金属や、同等あるいはそれ以
上の剛性を有するシリカなどの素材で構成すると共に、
このような管路の外周面上に樹脂やゴムなどの柔らかな
素材から成る振動吸収層を形成することにより管壁内を
伝播する超音波信号成分を減衰させる必要がある。
剛性のステンレス鋼などの金属や、同等あるいはそれ以
上の剛性を有するシリカなどの素材で構成すると共に、
このような管路の外周面上に樹脂やゴムなどの柔らかな
素材から成る振動吸収層を形成することにより管壁内を
伝播する超音波信号成分を減衰させる必要がある。
【００２８】これは、この液体中の伝播速度に比べて管
壁内の伝播速度はかなり大きいが、管路の各所で生ずる
多重反射に起因してかなりの長時間にわたる残響が発生
するため、流体中を伝播した流速に依存して変化する成
分と、管壁内を伝播した流速に依存しない部分とが混在
することにより、測定の精度が大幅に低下することにな
るからである。
壁内の伝播速度はかなり大きいが、管路の各所で生ずる
多重反射に起因してかなりの長時間にわたる残響が発生
するため、流体中を伝播した流速に依存して変化する成
分と、管壁内を伝播した流速に依存しない部分とが混在
することにより、測定の精度が大幅に低下することにな
るからである。
【００２９】以上、説明の便宜上、図１の実施例におい
て送信回路ＴＸや受信回路ＲＸをそれぞれ独立に設置し
たが、これらの回路のうちのいくつかについては信号路
切り換えスイッチや方向性結合器や単向回路などを用い
て共用化し、時間をずらして共用する構成とすることが
できる。
て送信回路ＴＸや受信回路ＲＸをそれぞれ独立に設置し
たが、これらの回路のうちのいくつかについては信号路
切り換えスイッチや方向性結合器や単向回路などを用い
て共用化し、時間をずらして共用する構成とすることが
できる。
【００３０】また、一方の受信信号を遅延させたものと
他方の受信信号との相関をそのまま算定する構成を例示
した。しかしながら、各受信信号のうち所定の閾値を越
えた部分のみについて相関を算定することにより、雑音
の影響を更に軽減するという構成を採用することもでき
る。
他方の受信信号との相関をそのまま算定する構成を例示
した。しかしながら、各受信信号のうち所定の閾値を越
えた部分のみについて相関を算定することにより、雑音
の影響を更に軽減するという構成を採用することもでき
る。
【００３１】
【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、管路が金属又はこれと同等の剛性を有す
る素材から成ると共に、シリコンゴムその他の弾性層の
間に押圧状態で保持される構造であるから高能率の励振
と、伝播が可能になる。
音波流量計は、管路が金属又はこれと同等の剛性を有す
る素材から成ると共に、シリコンゴムその他の弾性層の
間に押圧状態で保持される構造であるから高能率の励振
と、伝播が可能になる。
【００３２】本発明の超音波流量計では、微細な管路を
使用するので雑音の影響を特に受け易い。この場合、実
施例として示したような、受信信号波形相互の相関の算
定により伝播時間を算定する方式を採用すれば、雑音の
影響を軽減できるという利点がある。
使用するので雑音の影響を特に受け易い。この場合、実
施例として示したような、受信信号波形相互の相関の算
定により伝播時間を算定する方式を採用すれば、雑音の
影響を軽減できるという利点がある。
【図１】本発明の一実施例の超音波流量計の全体構成図
である。
である。
【図２】上記実施例の超音波トランスジューサの部分を
示す部分拡大斜視図である。
示す部分拡大斜視図である。
【図３】上記実施例の超音波流量計における受信信号波
形の遅延と相関を使用した測定原理を説明するための信
号波形図である。
形の遅延と相関を使用した測定原理を説明するための信
号波形図である。
【図４】上記実施例の超音波流量計における受信信号波
形の遅延と相関を使用した測定原理を説明するための信
号波形図である。
形の遅延と相関を使用した測定原理を説明するための信
号波形図である。
【図５】上記実施例の具体的構成の一例を示す斜視図
（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
（Ａ）と、断面図（Ｂ）である。
P 流体の流路を定める管路
Tu,Td 送信用トランスジューサ
R 受信用トランスジューサ
TXu,TXd 送信回路
RX 受信回路
A/D Ａ／Ｄ変換回路
DDP ディジタル・データ・プロセッサ
RS シリコンゴム板
PL 合成樹脂板
PB プリント配線板
フロントページの続き
(72)発明者 高本 正樹
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人 産業技術総合研究所 つくばセンター
内
(72)発明者 石川 博朗
東京都羽村市栄町３丁目１番地の５ 株式
会社カイジョー内
(72)発明者 星川 賢
東京都羽村市栄町３丁目１番地の５ 株式
会社カイジョー内
(72)発明者 清水 和義
東京都羽村市栄町３丁目１番地の５ 株式
会社カイジョー内
Ｆターム(参考） 2F035 DA08 DA23
Claims (4)
- 【請求項１】超音波トランスジューサの中央部分に流体
の流路を定める管路を嵌合させた構造の超音波流量計に
おいて、 前記管路は、金属又はこれと同等の剛性を有する素材か
ら成ると共に、シリコンゴムその他の弾性層の間に押圧
状態で保持されたことを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項２】請求項１において、 前記管路はステンレス鋼又はシリカから成ることを特徴
とする超音波流量計。 - 【請求項３】請求項１と２のそれぞれにおいて、 前記管路の内径は、0.1 ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の値に設
定されたことを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて前記管
路の肉厚は、0.1 ｍｍ以下の値に設定されたことを特徴
とする超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002252684A JP2003083787A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002252684A JP2003083787A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 超音波流量計 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000170419A Division JP3368305B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 超音波流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003083787A true JP2003083787A (ja) | 2003-03-19 |
Family
ID=19196619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002252684A Pending JP2003083787A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003083787A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006040996A1 (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-20 | Nippon Flow Cell Mfg. Co., Ltd. | 超音波流量計 |
| KR100877441B1 (ko) | 2006-03-29 | 2009-01-09 | 알콘, 인코퍼레이티드 | 음파 연결부가 구비된 카세트를 갖는 수술용 시스템 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10153464A (ja) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 流量測定装置およびそれを用いた処理液供給装置 |
| JPH11230799A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Kaijo Corp | 超音波流量計 |
-
2002
- 2002-08-30 JP JP2002252684A patent/JP2003083787A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10153464A (ja) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 流量測定装置およびそれを用いた処理液供給装置 |
| JPH11230799A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Kaijo Corp | 超音波流量計 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006040996A1 (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-20 | Nippon Flow Cell Mfg. Co., Ltd. | 超音波流量計 |
| JP4851936B2 (ja) * | 2004-10-13 | 2012-01-11 | 日本フローセル製造株式会社 | 超音波流量計 |
| KR100877441B1 (ko) | 2006-03-29 | 2009-01-09 | 알콘, 인코퍼레이티드 | 음파 연결부가 구비된 카세트를 갖는 수술용 시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106855424B (zh) | 使用接收信号的窗口化的超声流量计 | |
| JP4851936B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2008134267A (ja) | 超音波流量測定方法 | |
| US7290455B2 (en) | Driver configuration for an ultrasonic flow meter | |
| JP2005164571A (ja) | 超音波流量計及び超音波センサ | |
| EP2545345B1 (en) | Apparatus and method for sensing fluid flow in a pipe with variable wall thickness | |
| JP3761399B2 (ja) | 超音波式流量測定器 | |
| JP2006078362A (ja) | 同一軸型ドップラー超音波流速計 | |
| WO2005083371A1 (ja) | ドップラー式超音波流量計 | |
| JP5142350B2 (ja) | 流量測定装置 | |
| JP4180396B2 (ja) | 超音波流量計および超音波による流量計測方法 | |
| JP2003083787A (ja) | 超音波流量計 | |
| JPH11230799A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP3368305B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2011038870A (ja) | 超音波流量計およびこれを用いた流速測定方法 | |
| JP4797515B2 (ja) | 超音波式流れ計測装置 | |
| JP2001194198A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2001249039A (ja) | 超音波式ガス流速測定方法 | |
| JP6187343B2 (ja) | 超音波測定器 | |
| JP3646876B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| WO2021234350A1 (en) | Ultrasonic flow measurement | |
| JPH11351928A (ja) | 流量計および流量計測方法 | |
| JP3646875B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JPWO2020183719A1 (ja) | 流量測定装置 | |
| JPH0572011A (ja) | 超音波流量計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031216 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040206 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040406 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051012 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051025 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060314 |