JP2004233247A - 超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の超音波送受波器を有する流管11の流量測定部を仕切板17a,17b,17cを介して前後二段階に複数の分割流路18a〜18fに区分した。流体はまず前段の分割流路18a,18bに分流し、さらにその後段で4つの分割流路18c〜18fに再分流される。これら分流によって流速分布の均一化が図られ、高精度な流量測定が可能となる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用してガス、水などの流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の超音波流量計は、図8に示すような構造であった。すなわち、仕切板1により区切られた層状の流路2を設けた流量測定部3と、前記流量測定部3に流体が流入するための入口部4と、流体が流出するための出口部5と、前記入口部4と流量測定部3を接続する上流側接続部6と、前記出口部5と流量測定部3を接続する下流側接続部7とを有する。
【0003】
流量測定部3に設けられた層状の流路はほぼ均等の流路高さで形成されており、この構造により流量測定部3において流れの二次元性を確保し精度の高い流量計測を実現していた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−43015号公報(第2、3頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
然るに上記従来の技術では、仕切板1により層状の流路2に単に区分するものであるから、流量測定部3において超音波を用いて流量を測定する際に、入口部4における流体の流速分布の影響を受け精度が低下するという課題があった。
【0006】
本発明は上記課題に鑑み、流量測定部において流量を測定する際に入口部における流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の超音波流量計は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、前記超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やしたものである。
【0008】
本発明によれば、超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やしており、入口部における流体の流速分布を各分割流路に分配するため、各分割流路における流速を均一化し、精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、前記超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やした超音波流量計である。
【0010】
分割流路の増加形態としては、その数を段階的に増やし、かつ各段毎に分割流路の断面積を等しくすることが考えられる。
【0011】
この構成により、超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やしており、入口部における流体の流速分布を各分割流路に分配するため各分割流路における流速を均一化し、精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【0012】
また、本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さを設定した超音波流量計である。
【0013】
分割流路の長さの設定は、流管内における流体の流速が大きい部分の分割流路を他の部分の分割流路より長くし、具体的には、流管内での流体の流速が小さい部分の分割流路から流速が大きい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に長くしたものである。
【0014】
この構成により、分割流路の長さを変えることで分割流路を流れる流体に対する抵抗を変えることができるため、各々の分割流路における流速分布が均一化し、入口部における流体の流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【0015】
また、本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の断面積を設定した超音波流量計である。
【0016】
分割流路の断面積は、流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の断面積を他の分割流路の断面積より小さく、例えば段階的に小さくしたものである。
【0017】
この構成により、分割流路の断面積を変えることで流路を流れる流体に対する抵抗を変えることができるため、各々の分割流路における流速分布が均一化し入口部における流体の流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を実現することができる。また、分割流路の断面積は仕切板の厚さを変える手段によっても達成できるものである。
【0018】
また本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さ及び断面積を設定した超音波流量計である。
【0019】
分割流路の長さ及び断面積は、流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の長さを他の分割流路の長さより長くしかつその断面積を他の分割流路の断面積より小さくし、または流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に短くしかつその断面積を段階的に大きくしたものである。
【0020】
この構成により、流管を複数に分割し流体の流速分布に応じてその分割流路の長さ及び断面積を変えることで分割流路を流れる流体に対する抵抗を変えることができるため各々の分割流路における流速分布が均一化し入口部における流体の流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【0021】
分割流路は、例えば、流路を断面長方形状の矩形とするとともに、その長辺と平行に仕切板を配置することで形成される。
【0022】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図1〜図3において、超音波流量計は流管11を有する。前記流管11の上流側及び下流側には超音波送受波器12、13が斜めに対向するごとく配置してある。
【0023】
そしてこれら前記超音波送受波器12、13間を超音波が伝播する時間を基に流管11を流れる流体の流量を流量計測手段14で流量を測定するようにしている。
【0024】
超音波送受波器12、13は、流体の流動に悪影響を与えないように流管11の側面に設けられたくぼみ部15a、15bに配置されている。
【0025】
そして、このくぼみ部15a、15bに流体の流れが進入し、渦などを発生しないように、流管11との交差部には金網などの多孔板16a、16bが設けられている。
【0026】
前記流管11は断面長方形状の矩形に設定してあって、その長辺と平行に複数の仕切板17a、17b、17cを配置することで分割流路18a、18b、18c、18d、18e、18fが形成されている。
【0027】
さらに述べると、中央の仕切板17bは他の仕切板17a、17cよりも前方へ長くしてあって、これにより流管11をまず2つの分割流路18a、18bに区分し、短い仕切板17a、17cは前記2つの分割流路18a、18bをさらに4つの分割流路18c、18d、18e、18fに区分するものである。
【0028】
そして、前記4つの分割流路18c、18d、18e、18fは流体を層流状態で流すように扁平状に設定してある。
【0029】
前記流管11は助走流路19、20を上手、下手に有し、上流側の助走流路19には上流室21が、下流側の助走流路20には下流室22がそれぞれ設けられている。
【0030】
23、24は流路の折返し板を示す。
【0031】
以上のように構成された超音波流量計についてその動作を説明する。流体が流管11に入り、まず上流室21において減速され、次いで助走流路19を通ることで流体の流れが均一化される。
【0032】
均一化された流体は、まず分割流路18a、18bに分流し、次いで分割流路18c、18d、18e、18fに再度分流して、層流状態で各々流れ、その後助走流路20を経て下流室22を通り流管11を出て行く。
【0033】
今、仕切板17a、17b、17cが同じ長さと仮定し、直ちに4つの分割流路18c、18d、18e、18fに流体を分流した場合、流管11を流れる流体の流速分布は図4のようになる。
【0034】
図において矢印は流速ベクトルを表わし、流管11の助走流路19に流れ込む流体の流速分布を分割された分割流路18c、18d、18e、18fにおいて、中心部分の流速が速くなり、外周壁部分の流速が遅くなるというように助走流路19における流速分布の影響を強く受けている。
【0035】
ここで、図1〜3のように、流管11の中心部分に設けられた仕切板17bの長さを長くし、外周壁部分に設けられた仕切板17a、17cの長さを短くすることで、超音波送受波器12、13による計測領域において上流側から下流側にまず2つの分割流路18a、18bに分流し、次いで4つの分割流路、18c、18d、18e、18fに分流するというように流路を実質的に増やすことにより流体の流速分布は均等化されることとなる。
【0036】
すなわち、まず流管11の中心部分に設けられた仕切板17bにより分流された流れは、外側に設けられた仕切板17a、17cにより再度分配される。
【0037】
以上のように本実施例によれば流れが分流されたるため、分割された4つの分割流路18c、18d、18e、18fにおいては流速が各々均一化され、助走流路19における流体の流速分布の影響を抑えることができ、精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【0038】
また、仕切板17a、17b、17cを用いて流速分布を均一化することができるため、流体の種類に関係なく幅広い流領域において正確な計測ができる。
【0039】
本実施例においては、流管11のうち超音波送受波器12、13により計測される計測領域について述べたが、計測領域のみならず下流側についても仕切板17a、17b、17cの長さを変えて分割流路の数を変えてもよい。
【0040】
この場合、脈動流のように逆流の流れが発生しても下流側で脈動流の流速が均一化するため正確に計測することができるため好ましい。
【0041】
なお、本実施例においては、流管11を3枚の仕切板17a、17b、17cにより最終的には4つの分割流路18c、18d、18e、18fに分割したが、仕切板の数を変更しその分割流路数を増減しても同様の効果が得られる。
【0042】
また、分割流路数を増減する場合には、流れを分配して均一な流速を得るために流管の中心部分に設けられた仕切板に対して対称になるように仕切板を増やすことが好ましい。
【0043】
さらに、好ましくは、流管の上流側から下流側になるにつれて分割流路の数を段階的に増やし、各段毎に分割流路の断面積を等しくすることにより流れを等しく配分するようにする。
【0044】
また、本実施例においては、超音波送受波器12、13を流管11の上流側及び下流側に斜めに対向して配置したIパス方式にしたが、流管11の上、下流の一方に超音波送受波器を配置したVパス方式にしても同様の効果が得られる。さらに、超音波送受波器の数を増やしても同様の効果が得られる。
【0045】
また、本実施例においては、断面長方形状の矩形の流管11の長辺に平行に仕切板17a、17b、17cを設けたが、流管11の短辺に平行に仕切板を設けてもよく、さらには流管11の形も矩形には限らない。
【0046】
(実施例2)
以下、他の実施例について図5を用いて説明する。図5において実施例1と同一部材については同一符号を用いて説明を省く。また、超音波流量計の動作は実施例1と同様である。
【0047】
図5は、5枚の仕切板17d、17e、17f、17g、17hで管路19を6つの分割流路18g、18h、18i、18j、18k、18mに分割したものである。
【0048】
そして、中央部の3枚の仕切板17e、17f、17gを外側の他の仕切板17d、17hよりも長くすることで、中央の2つの分割流路18i、18jの長さを外側の他の分割流路18g、18h、18k、18mよりも長く設定してある。
【0049】
この構成により、流管19の中心部分の分割流路18i、18jは他の分割流路18g、18h、18k、18mより長くなるため、流体が分割流路18i、18jを流れる際の抵抗が他の分割流路18g、18h、18k、18mを流れる際の抵抗より大きくなる。
【0050】
その結果、流速が大きい部分の分割流路18i、18jと流速が小さい部分の分割流路18g、18h、18k、18mの流速は均一化する。
【0051】
なお、分割流路の数は流速分布に対応するものであれば何ら制約を受けるものではなく、また同分割流路の長さ変化は階段的に行なうのが一般的であろう。
【0052】
もちろん仕切板の設け方としては、断面長方形状をなす矩形の流路においてその長辺と平行、或いは、短辺と平行に配置することが考えられ、さらには流管の形も矩形には限らない。
【0053】
(実施例3)
以下、他の実施例について図6を用いて説明する。図6において実施例1及び実施例2と同一部材については同一符号を用いて説明を省く。また、図6において、超音波流量計の動作は実施例1と同様である。
【0054】
図7は流管9の中心部分の流速が大きく外周壁部分になるにつれて流速が小さくなるという流速分布をもつ場合についての実施例である。
【0055】
図6において、断面長方形状をなす矩形の流路11を、その長辺と平行で、しかも同一長さの5枚の仕切板17i、17j、17k、17m、17nを介して6つの分割流路18n、18o、18p、18q、18r、18sに分割し、加えて、それらの断面積を流管11の中心部分から外側に階段的に大きくしたものである。
【0056】
分割流路18n、18o、18p、18q、18r、18sの前記断面積変化は、仕切板17i、17j、17k、17m、17nの隣接間隔を調整することで実現している。
【0057】
以上のように本実施例によれば、分割流路31の断面積を流管11の中心部分から外側に大きくしているため、助走流路19において中心部分側の流速が速くても、それと対応して分割流路18n、18o、18p、18q、18r、18sの断面積、つまり流体抵抗が設定されているので、各分割流路18n〜18sにおける流速は均一になる。
【0058】
そして各分割流路18n〜18sにおける流速を均一化できることにより精度の高い流量計測を実現することができるものである。
【0059】
なお、各分割流路18n〜18sの断面積は、図7のように仕切板17o、17p、17qの厚みを変えることでも実現できるものである。図7は4つの分割流路18t、18u、18v、19wを備えた例である。
【0060】
なお、本実施例においては、流管の中心部分から外側方向へ階段的に断面積を大きくしたが、要は助走流路における流速分布に応じたものであれば断面積の変え方に付いては何ら制約されないであろう。
【0061】
また、流速分布に応じて分割流路の断面積を変えるとともに、実施例2のように流速分布に応じて流路の長さを変えてもよい。すなわち、流体の流速が大きい部分の分割流路の長さを他の分割流路の長さより長くし、かつその断面積を他の分割流路の断面積より小さくしてもよい。
【0062】
断面積変化及び分割流路の長さ変化は、少なくとも一方が階段的に現れるようにするのが一般的である。さらに、流管内での流体の流速が大きい部分の流路から流速が小さい部分の流路になるにつれてその長さを段階的に短くしかつその断面積を段階的に大きくしてもよい。
【0063】
【発明の効果】
以上のように本発明の超音波流量計によれば、各分割流路における流速分布を均一化して精度の高い計測を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における超音波流量計を示す縦断面図
【図2】同横断面図
【図3】本発明の実施例1における流速分布図
【図4】本発明の実施例1に対応した流速分布図
【図5】本発明の実施例2における超音波流量計の縦断面図
【図6】本発明の実施例3における超音波流量計の縦断面図
【図7】本発明の実施例3における超音波流量計の他の例を示す縦断面図
【図8】従来の超音波流量計における流路の概略断面図
【符号の説明】
11 流管
12、13 超音波送受波器
14 流量計測手段
17a〜17q 仕切板
18a〜18w 分割流路
Claims (14)
- 流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、前記超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やした超音波流量計。
- 分割流路の数を段階的に増やし、かつ各段毎に分割流路の断面積を等しくした請求項1記載の超音波流量計。
- 流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さを設定した超音波流量計。
- 流管内における流体の流速が大きい部分の分割流路を他の部分の分割流路より長くした請求項3記載の超音波流量計。
- 流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に短くした請求項3記載の超音波流量計。
- 矩形の流管において、その長辺と平行に仕切板を設けた請求項3記載の超音波流量計。
- 流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の断面積を設定した超音波流量計。
- 流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の断面積を他の分割流路の断面積より小さくした請求項7記載の超音波流量計。
- 流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその断面積を段階的に大きくした請求項7記載の超音波流量計。
- 前記仕切板の厚さを変えることにより分割流路の断面積を異なるようにした請求項7記載の超音波流量計。
- 流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さ及び断面積を設定した超音波流量計。
- 流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の長さを他の分割流路の長さより長くしかつその断面積を他の分割流路の断面積より小さくした請求項11記載の超音波流量計。
- 流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に短くしかつその断面積を段階的に大きくした請求項11記載の超音波流量計。
- 断面長方形状の矩形の流管において、その長辺に平行に仕切板を設けた請求項1、3、7、11いずれか1項記載の超音波流量計。
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