JP2004340620A - 管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量を安定に測定することができ、そして内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に好ましい流量測定方法を提供すること。
【解決手段】管状体、管状体の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段、および第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段を有する構造体により測定された、前記管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間を用いて管状体の内部を移動する流体の流量を測定する方法。
【選択図】 図８
【解決手段】管状体、管状体の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段、および第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段を有する構造体により測定された、前記管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間を用いて管状体の内部を移動する流体の流量を測定する方法。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管状体の内部を移動する流体の流量を測定する流量計のうちの一つとして、クランプオン型超音波流量計が知られている。クランプオン型超音波流量計は、管状体の外側表面に付設され、管状体の内部を移動する流体の流量を、管状体の外部にて測定する流量計である。
【０００３】
図１は、クランプオン型超音波流量計を用いた従来の流体の流量測定方法を説明する断面図である。クランプオン型超音波流量計は、一対の超音波発生検出手段１ａ、１ｂから構成されている。図１に記入した矢印７は、管状体の内部の流体の移動方向を示している。
【０００４】
超音波発生検出手段１ａは、超音波振動子２ａと超音波伝搬材３ａから構成されている。超音波振動子２ａは、超音波伝搬材３ａの斜面５ａに付設されている。超音波振動子２ａとしては、圧電振動子が用いられている。圧電振動子は、圧電セラミックと、その両面に付設された一対の電極とから構成されている。超音波発生検出手段１ｂの構成は、超音波発生検出手段１ａと同様である。
【０００５】
超音波振動子２ａ、２ｂのそれぞれは、その電極に電圧を印加すると超音波を発生し、そして超音波が付与されるとその電極に電圧を発生する。従って、超音波振動子が備えられた超音波発生検出手段１ａ、１ｂのそれぞれは、超音波の発生手段でもあり、検出手段でもある。
【０００６】
管状体の内部を移動する流体の流量は、以下のようにして測定される。先ず、超音波発生検出手段１ａの超音波振動子２ａに電圧パルスを印加して、超音波を発生させる。超音波は、図１に記入した破線９に沿って、超音波伝搬材３ａ、管状体の壁体６、流体、管状体の壁体６、そして超音波伝搬材３ｂをこの順に伝わり、そして超音波発生検出手段１ｂの超音波振動子２ｂに到達する。そして超音波が、超音波発生検出手段１ａから流体内を伝わって、超音波発生検出手段１ｂに到達するまでの伝達時間（Ｔ１ ）を測定する。
【０００７】
次に、超音波発生検出手段１ｂの超音波振動子２ｂに電圧パルスを印加して、超音波を発生させる。超音波は、前記の経路を逆の向きに伝わり、そして超音波発生検出手段１ａの超音波振動子２ａに到達する。そして超音波が、超音波発生検出手段１ｂから流体内を伝わって、超音波発生検出手段１ａに到達するまでの伝達時間（Ｔ２ ）を測定する。
【０００８】
超音波の伝達時間Ｔ１ 、Ｔ２ は、超音波が流体内を伝わる方向（図１に記入した矢印９ａ、９ｂの示す方向）により、互いに異なる値となる。
【０００９】
超音波発生検出手段１ａから超音波発生検出手段１ｂに（矢印９ａが示す方向に）伝わる超音波は、流体の流れに乗って流体内を伝わるので、伝達時間（Ｔ１ ）は、流体が静止している場合よりも小さな値を示す。
【００１０】
超音波発生検出手段１ｂから超音波発生検出手段１ａに（矢印９ｂが示す方向に）伝わる超音波は、流体の流れに逆らって流体内を伝わるので、伝達時間（Ｔ２ ）は、流体が静止している場合よりも大きな値を示す。
【００１１】
これらの伝達時間の差（Ｔ２ −Ｔ１ ）は、管状体の内部を移動する流体の流量（流速）と相関がある。そして、この伝達時間の差と、別に用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータとを比較することによって、管状体の内部を移動する流体の流量を決定する。
【００１２】
クランプオン型超音波流量計は、工場などに既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量を測定することができるという大きな利点を有している。また、クランプオン型超音波流量計は、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を測定した場合に、流量の測定精度が低下するという欠点を有している。管状体の内径が小さい場合、超音波が流体内を伝わる距離が短くなり、前記の伝達時間の差が非常に小さな値となる。このため、測定される伝達時間の差に含まれる誤差の割合が大きくなり、流量の測定精度が低下する。市販のクランプオン型超音波流量計では、測定可能な管状体の内径は、通常２５ｍｍ程度以上とされている。
【００１３】
内径の小さな管状体は、例えば、食品、医薬品、化学製品、もしくは半導体デバイスなどを製造する際に微量で使用される流体を移動するために用いられている。そして、このような内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を、高い精度で測定する方法が望まれている。内径の小さな管状体は、治療中の患者に対して、薬液や血液などを連続的に投与する際にも用いられている。患者に投与される薬液や血液の流量は、高い精度で測定する必要がある。
【００１４】
非特許文献１には、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量測定に用いることができる超音波流量計について記載されている。この超音波流量計は、一対のリング状の超音波振動子（超音波発生検出手段）から構成されている。一対のリング状の超音波振動子は、その各々の孔に、測定対象の流体を移動させる管状体を通すことにより管状体の外側表面に付設される。
【００１５】
リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計により、管状体の内部を移動する流体の流量は、以下のようにして測定される。先ず、一方の超音波振動子にて超音波を発生させ、この超音波が流体内を管状体の長さ方向に伝わって、他方の超音波振動子に到達するまでの伝達時間を測定する。次いで前記の他方の超音波振動子にて超音波を発生させ、この超音波が流体内を管状体の長さ方向に伝わって、前記の一方の超音波振動子に到達するまでの伝達時間を測定する。そして、測定された伝達時間の差と、別に用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータとを比較することによって、管状体の内部を移動する流体の流量を決定する。
【００１６】
リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計においては、超音波が流体内を管状体の長さ方向に沿って伝わる。従って、一対のリング状の超音波振動子の間隔を広げることにより、超音波が流体内を伝わる距離を長く設定することができる。このため、リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計により、内径が小さな管状体の内部を移動する流体の流量を高い精度で測定できるとされている。
【００１７】
しかし、リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計は、工場などに既設の管状体の内部を移動する流体の流量を測定するためには、管状体を取り外して流量計を設置する必要があるという問題を有している。
【００１８】
また、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に、電磁流量計を用いることも知られている。電磁流量計は、管状体の内径が小さい場合であってもその内部を移動する流体の流量を高い精度で測定することができる。しかし、工場などに既設の管状体の内部を移動する流体の流量を測定するためには、管状体を取り外して流量計を設置する必要があるという問題を有している。
【００１９】
【非特許文献１】
石川博朗等著，「液体用超音波微小流量計のセンサ配置と流量特性」，計測自動制御学会論文集，２０００年，第３６巻，第１２号，ｐ．１０７１−１０７８
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量の測定が可能であり、そして内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に好ましい流量測定方法の発明について、２００２年１１月１３日に国際出願（国際出願番号：ＰＣＴ／ＪＰ０２／１１８２１号）をした。
【００２１】
上記国際出願をした発明は、下記の工程を含む流路を移動する流体の流量の測定方法にある。
（１）壁体によって区画された管もしくは溝状の流路、及びその壁体の外側表面もしくは内側表面に流路に沿って配設された第一の振動波発生検出手段と第二の振動波発生検出手段を有する構造体を用意する工程。
（２）流路に測定対象の流体を移動させる工程。
（３）第一の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、その振動波を壁体に付与する工程。
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（５）第二の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、その振動波を壁体に付与する工程。
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の流路に、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を既知の流量で移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作製した、流量と振動波の伝達時間の差との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを比較することによって、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００２２】
この流量測定方法は、これまでは流量を測定する際にノイズと考えられていた管状体の壁体を伝わる振動波を用いて、管状体の内部を移動する流体の流量の測定をするものである。
【００２３】
このような、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により、管状体の内部を移動する流体の流量を問題なく測定することができる。本発明者は、この流量測定方法（以下、改良前の方法と記載する）を、管状体の内部を移動する流体の流量を測定する場合に、管状体の形状や配置、そして管状体に対する振動波発生検出手段の配置の違いによって生ずる流量値の僅かな変動を低減させて改良することを検討した。
【００２４】
本発明の目的は、既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量の測定が可能であり、管状体の形状や配置、そして管状体に対する振動波発生検出手段の配置の違いによる流量値の変動が低減され、そして内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に好ましい流量測定方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の工程を含むことを特徴とする管状体の内部を移動する流体の流量測定方法にある。
（１）管状体、該管状体の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段、および該第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ該管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段を備えた構造体を用意する工程。
（２）管状体の内部で測定対象の流体を一方の方向に移動させる工程。
（３）第一の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、この振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（５）第二の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、この振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００２６】
以下、このような流量測定方法を、第一の方法と記載する。第一の方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）第二の振動波発生検出手段が、管状体の外側表面の該管状体の中心軸に対して、第一の振動波発生検出手段の付設位置から伸びる延長線と対称の位置に付設されている。
２）管状体の第一の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
３）管状体の第一の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との管状体の中心軸に沿った両外側部分のうちの少なくとも一方の側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
４）各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子とを含み、前記の振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。
【００２７】
本発明はまた、下記の工程を含むことを特徴とする管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法にもある。
（１）管状体、該管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および該第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、該管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段を備えた構造体を用意する工程。
（２）管状体の内部で測定対象の流体を一方の方向に移動させる工程。
（３）第一の組の各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（４）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（５）第二の組の各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（６）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第一の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００２８】
以下、このような流量測定方法、第二の方法と記載する。第二の方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）各々の組の複数の振動波発生検出手段が、管状体の外周を等分する位置に付設されている。
２）管状体の第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
３）管状体の第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との管状体の中心軸に沿った両外側部分のうちの少なくとも一方の側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
４）各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子とを含み、前記の振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。
【００２９】
なお、上記本発明の流量測定方法（第一の方法および第二の方法）において、較正用データを用意するために用いられる構造体の均等物とは、流量を測定するための構造体と同一の物性を示す材料を用いて同一の構成とした、別の構造体を意味する。同様に、測定対象の流体の均等物とは、構造体に移動させる測定対象の流体と密度が実質的に等しい流体、あるいは構造体の均等物に移動させる測定対象の流体と同じ流体もしくは測定対象の流体と密度が実質的に等しい流体を意味する。密度が実質的に等しいとは、流体の均等物の密度の値が、測定対象の流体の密度の値の０．３乃至１．７倍の範囲にあることを意味する。流体の均等物の密度の値は、測定対象の流体の密度の値の０．４乃至１．６倍の範囲にあることが好ましい。流体の均等物としては、測定対象の流体と同じ流体を用いることが最も好ましい。但し、測定対象の流体が引火性や毒性などを有して取り扱いに注意が必要である場合には、較正用データを用意するために前記流体の均等物（例えば、水など）を用いることもできる。
【００３０】
本発明はまた、上側部分と下側部分とに分離可能な細長い形状の容器の内部に、前記の容器上側部分の内側面と容器下側部分の内側面とのそれぞれに固定され、容器の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から容器の長さ方向に沿って間隔をあけて前記の容器上側部分の内側面と容器下側部分の内側面とのそれぞれに固定され、容器の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段が収容されてなり、前記の各々の振動波発生検出手段が、振動子と、この振動子で発生した振動波を主として前記容器の長さ方向に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子とから構成されていることを特徴とする流量測定用の構造体にもある。
【００３１】
本発明はまた、一対の透孔を備えた容器、前記の一対の透孔を通って前記容器に一部分が収容されている内部に流量測定対象の流体を移動させる管状体、前記容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、前記容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段を備え、前記の各々の振動波発生検出手段が、振動子と、この振動子で発生した振動波を主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子とから構成されていることを特徴とする流量測定用の構造体にもある。
【００３２】
本発明の流量測定用の構造体の好ましい構成は、下記の通りである。
１）管状体が、その第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との間に、前記管状体の中心軸を含む対称面内にて中心軸が湾曲している湾曲部を有している。
２）湾曲部の形状がＵ字状の形状にある。
３）上記１）及び２）の構造体の管状体の湾曲部、もしくは管状体の湾曲部及びその延長部の一部が、容器の内側面に付設され、前記対称面に垂直な一対の支持面を備える支持部材の前記一対の支持面によって狭まれた状態で固定されている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の流量測定方法に用いられる、管状体の壁体を伝わる振動波、およびこの振動波を用いた流量測定方法の原理について説明する。
【００３４】
管状体の内部を移動する流体の流量を測定するために、管状体、および管状体の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設された一対の振動波発生検出手段から構成される流量測定用の構造体を用意する。
【００３５】
図２は、管状体に振動波を付与するために用いられる振動波発生検出手段の一例の構成を示す斜視図である。振動波発生検出手段２１は、振動方向制御素子２３の二つの側面のそれぞれに、振動子２２ａ、２２ｂが付設された構成を有している。
【００３６】
振動子２２ａ、２２ｂのそれぞれとしては、板状の圧電セラミックと、その各々の平面に付設された電極（図示は略する）とから構成される圧電振動子が用いられている。圧電セラミックの幅Ｗは１０ｍｍ、高さＨ１ は２５ｍｍ、そして厚みＴ１ は０．５ｍｍである。圧電セラミックは、その厚み方向（図２に記入した矢印２７の示す方向）に分極されている。振動子２２ａ、２２ｂのそれぞれは、その電極に電圧を印加することにより、図２に記入した矢印２０の示す方向に振動する。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成されている。
【００３７】
振動子２２ａ、２２ｂは、電気的に並列に接続されている。振動波発生検出手段による振動波の発生、そして検出は、この並列接続された振動子２２ａ、２２ｂに電圧を印加、そして並列接続された振動子にて発生する電圧を検出することにより実施される。なお、振動子の電気的な接続方法（すなわち、振動子に電圧を印加する方法、そして振動子にて発生する電圧を検出する方法）は、上記の例に限定されるわけではない。
【００３８】
振動方向制御素子２３としては、樹脂材料シート２８中に複数本の高弾性繊維２９がシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、底面２４に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材が用いられている。繊維強化樹脂材の幅Ｗは１０ｍｍ、高さＨ２ は２７ｍｍ、そして厚みＴ２ は３ｍｍである。繊維強化樹脂材を構成する樹脂材料としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維としては炭素繊維が用いられている。
【００３９】
振動波発生検出手段２１は、振動子２２ａ、２２ｂに電圧を印加することにより振動波を発生する。この振動波は、振動方向制御素子２３の内部を伝わる。振動方向制御素子２３の複数本の高弾性繊維２９は、その長さ方向に沿った振動の発生を抑制する。このため振動波は、振動方向制御素子２３の底面２４に向かって伝わる。振動波は、振動方向制御素子２３の内部を主に縦波成分からなる振動波として伝わるので、その振動方向は、振動方向制御素子の底面２４に垂直な方向となる。従って、流量測定対象の流体を移動させる管状体の外側表面に、振動波発生検出手段２１を、その底面２４が管状体の外側表面に接するようにして付設した場合、振動波発生検出手段は、その各々の振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。振動方向制御素子については、特開平７−２８４１９８号公報に詳しい記載がある。
【００４０】
次に、図２の振動波発生検出手段２１の一対を、管状体の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設し、一方の振動波発生検出手段（第一の振動波発生検出手段という）にて振動波を発生して、この振動波を管状体に付与した場合に、他方の振動波発生検出手段（第二の振動波発生検出手段という）にて検出される振動波について説明する。なお、各々の振動波発生検出手段は、振動方向制御素子の高弾性繊維の長さ方向が管状体の長さ方向と一致するように管状体の外側表面に付設した。第二の振動波発生検出手段は、第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上に付設した。
【００４１】
図３は、外径が２ｍｍ、そして内径が１ｍｍのステンレススチール製の管状体の内部に水を満たした状態（水は静止している状態）において、その外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段に印加した電圧の波形（Ｓ１ ）、および第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号の電圧波形（Ｓ２ ）を示す図である。一対の振動波発生検出手段の間隔（第一の振動波発生検出手段の振動方向制御素子の幅方向の中央の位置と、第二の振動波発生検出手段の振動方向制御素子の幅方向の中央の位置との間の距離）は、３００ｍｍに設定した。
【００４２】
図３の電圧波形（Ｓ１ ）に示すように、第一の振動波発生検出手段の各々の振動子には、周波数が５６ｋＨｚ、そして振幅が３０Ｖ（ピークピーク値）である正弦波電圧の４周期を印加した。管状体の壁体は、この正弦波電圧の印加により第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が付与されることにより、管状体の内部で静止している流体と共に振動する。
【００４３】
図３に示すように、第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が、第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ０ ）は１５４μ秒であった。一対の振動波発生検出手段の間隔は３００ｍｍであるため、第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波の速度は約１９４８ｍ／秒となる。
【００４４】
一般に、振動波は、液体中もしくは気体中を縦波としてのみ伝わり、固体中を縦波、横波、あるいは縦波成分と横波成分とを有する波として伝わることが知られている。そして、水を伝わる振動波（縦波）の速度は、約１４５０ｍ／秒であることも知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を伝わる振動波であることがわかる。また、一般に、ステンレススチールを伝わる縦波成分のみからなる振動波の速度は、約５７９０ｍ／秒であることが知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を低速で伝わる横波成分を有する振動波であることがわかる。
【００４５】
次に、このステンレススチール製の管状体の内部の水を、第一の振動波発生検出手段から第二の振動波発生検出手段へと向かう方向に移動させた。
【００４６】
そして、管状体の内部の水を移動させた状態で、振動波が、第一の振動波発生検出手段から管状体の壁体を伝わって、第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ１ ）を測定した。管状体の壁体は、第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が付与されることにより、管状体の内部を移動する流体と共に振動する。前記時間測定の結果、伝達時間（Ｔ１ ）は、管状体内部の水の流れの影響を受けて、水が静止している場合の振動波の伝達時間（図３のＴ０ ）よりも小さな値を示した。なお、第二の振動波発生検出手段にて検出された電圧波形は、図３の電圧波形Ｓ２ との時間差が極僅か（数十ナノ秒程度）であるため、図示は略する。
【００４７】
次いで、振動波が、第二の振動波発生検出手段から管状体の壁体を伝わって、第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ２ ）を測定した。その結果、伝達時間（Ｔ２ ）は、管状体内部の水の流れの影響を受けて、水が静止している場合の伝達時間（Ｔ０ ）よりも大きな値を示した。
【００４８】
そして、このようにして測定した伝達時間（Ｔ１ ）と伝達時間（Ｔ２ ）との差（Ｔ２ −Ｔ１ ）の値が、管状体の内部を移動する流体（水）の流量値と相関があることが判明した。従って、測定された伝達時間の差と、別に用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータを用いて、管状体の内部を移動する流体の流量を測定することができる。
【００４９】
図４は、上記のステンレススチール製の管状体の内部で水を移動させた状態において、電磁流量計により測定された水の流量と、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）により測定された水の流量との関係を示すグラフである。図４に示すように、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により測定された水の流量は、電磁流量計により測定された水の流量とほぼ一致することがわかる。このように、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を測定することができる。
【００５０】
図５は、管状体に振動波を付与するために用いられる振動波発生検出手段の別の構成例を示す図である。振動波発生検出手段５１は、円盤状の振動子５２と、円盤状の振動方向制御素子５３とが積層された構成を有している。
【００５１】
円盤状の振動子５２としては、円盤状の圧電セラミックと、その平面のそれぞれに付設された電極（図示は略する）とから構成される圧電振動子が用いられている。圧電セラミックの直径は１０ｍｍ、そして厚みは１．０ｍｍである。圧電セラミックは、その厚み方向（図５に記入した矢印２７の示す方向）に分極されている。円盤状の振動子５２は、その電極に電圧を印加することにより、円盤の径方向に（円盤面が拡縮するように）振動する。円盤状の振動子が前記のように振動すると、振動子は、そのポアソン比に基づいて厚み方向にも振動する。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成されている。
【００５２】
振動方向制御素子５３としては、樹脂材料シート５８中に複数本の高弾性繊維５９ａがシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、底面５４に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材が用いられている。図５に示すように、振動方向制御素子５３は、複数枚の繊維強化樹脂シートが、隣接する各シートの備える高弾性繊維の長さ方向が互いに直交するように交互に積層された構成を有している。図５に記入した破線５９ｂは、前記の高弾性繊維５９ａを備える繊維強化樹脂シートに隣接する繊維強化樹脂シートが備える高弾性繊維を示している。繊維強化樹脂材の直径は１０ｍｍ、そして厚みは２．５ｍｍである。繊維強化樹脂材を構成する樹脂材料としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維としては炭素繊維が用いられている。
【００５３】
振動方向制御素子５３として用いる繊維強化樹脂材は、その内部の高弾性繊維によって前記円盤状の振動子の円盤の径方向の振動を抑制し、そして振動子の厚み方向に振動する振動波を、選択的に振動方向制御素子の底面５４へと伝える。
【００５４】
次に、図５の振動波発生検出手段５１の一対（第一の振動波発生検出手段及び第二の振動波発生検出手段）を、管状体の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設した。管状体としては、外径が６ｍｍ、そして内径が４ｍｍのアクリル樹脂製の管状体を用いた。
【００５５】
各々の振動波発生検出手段は、その振動方向制御素子の高弾性繊維５９ａの長さ方向と、管状体の長さ方向とのなす角度が４５度になるようにして、管状体の外側表面に付設した。第二の振動波発生検出手段は、第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上に付設した。一対の振動波発生検出手段の間隔（円盤状の第一の振動波発生検出手段の円盤の中心の位置と、円盤状の第二の振動波発生検出手段の円盤の中心の位置との間の距離）は、１００ｍｍに設定した。
【００５６】
そして、管状体の内部に水を満たした状態（水は静止している状態）において、その外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段の振動子に電圧を印加して振動波を発生し、この振動波が第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定した。なお、第一の振動波発生検出手段の振動子には、周波数が２４８ｋＨｚ、そして振幅が３０Ｖ（ピークピーク値）である正弦波電圧の４周期を印加した。
【００５７】
その結果、第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が、第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ０ ）は７３．６μ秒であった。一対の振動波発生検出手段の間隔は１００ｍｍであるため、第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波の速度は、約１３５９ｍ／秒となる。
【００５８】
前記のように、一般に、水を伝わる振動波（縦波）の速度は、約１４５０ｍ／秒であることが知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を伝わる振動波であることがわかる。また、一般に、アクリル樹脂を伝わる縦波成分のみからなる振動波の速度は約２７３０ｍ／秒であることが知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を低速で伝わる横波成分を有する振動波であることがわかる。
【００５９】
そして、上記の図２の振動波発生検出手段を用いる場合と同様にして、管状体の内部の水を移動させ、管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間の差の値を用いて水の流量を測定した。その結果、同様に管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により測定された水の流量が、電磁流量計により測定された流量とほぼ一致することが確認できた。このように、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）により、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を測定することができる。
【００６０】
従来の超音波流量計においては、管状体の壁体を伝わる振動波は、流量を測定する際のノイズと考えられていた。例えば、特開２０００−１８０２２８号公報には、超音波流量計を用いて流量を測定をする際に、管状体の壁体を伝わる振動波を除去するために、管状体の壁体にフランジ状の音響フィルタを付設する技術について記載されている。
【００６１】
本発明者は、このような管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法について、前記の国際出願をした。管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）は、一対の振動波発生検出手段の間隔を、管状体の内径とは無関係に大きな値に設定することができるため、管状体の内径が小さい場合であっても、その内部を移動する流体の流量を高い精度で測定することができる。また、流量を測定するために、既設の管状体を取り外す必要がない。
【００６２】
このような流量測定方法においては、管状体の内部を移動する流体の影響を受けながら管状体の壁体を伝わる振動波を用いて流体の流量を測定している。このような管状体の壁体を伝わる振動波が、管状体の内部を移動する流体の影響を受ける原因は、次のように推測される。
【００６３】
管状体の壁体を伝わる振動波は、流量測定とは別の分野で利用されている。Ｎ．Ｋａｎａｂｅ等の技術報告（ Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，Ｖｏｌ．９３，Ｎｏ．６，ｐ．３２３５，１９９３−０６）には、超音波振動子により、管状体の壁体をその長さ方向に沿って伝わる振動波を発生させ、この振動波により管状体内部にある粉体を輸送する技術について記載されている。この振動波は、振動方向が管状体の壁体に垂直で、そして管状体の長さ方向に沿って伝わる主として横波成分からなる振動波である。
【００６４】
そして前記の流量測定方法に用いる振動波も、この文献に記載されているように、主として横波成分からなる振動波として、管状体の壁体を伝わっていると理解される。そして管状体の壁体を伝わる振動波は、この振動波の付与によって振動する管状体の壁体が、管状体の内部で流体を移動させた場合に管状体と共に振動する流体において発生するコリオリ力を受けるために、その位相（振動波の伝達時間に対応する）が変化すると理解される。
【００６５】
また、流量測定に用いる振動波としては、上記の主として横波成分からなる振動波のみでなく、管状体の壁体を伝わる様々な振動波を用いることができる。振動波の一例としては、板波が挙げられる。板波とは、縦波と横波が板の上下面（本発明においては、管状体の壁体の外側表面と内側表面）にて反射を繰り返しながら伝わる振動波である。また、板波は、板の上下面において縦波と横波の振動モードの変換を伴いながら板を伝わる振動波である。このように、板（本発明においては、管状体の壁体）を伝わる板波も、本発明の流量測定方法における振動波として用いることができる。
【００６６】
そして、振動波が第一の振動波発生検出手段から第二の振動波発生検出手段に伝わる場合と、第二の振動波発生検出手段から第一の振動波発生検出手段に伝わる場合とで、管状体の壁体が流体から受けるコリオリ力の位相（方向）が１８０度異なるために、振動波が流体の移動方向に沿って壁体を伝わるときには、伝達時間が短くなり、振動波が流体の移動方向とは逆の方向に沿って壁体を伝わるときには、伝達時間が長くなると理解される。そして管状体の壁体は、流体の流量に対応する大きさのコリオリ力を受けるため、壁体を伝わる振動波の伝達時間をもとに管状体の内部を流れる流体の流量が測定できると理解される。なお、流体が気体である場合にもコリオリ力は発生するので、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により、気体の流量も測定することができる。
【００６７】
次に、本発明の流量測定方法を、改良前の方法と対比させながら、各々の方法により管状体の内部を移動する水の流量を測定した実験結果と共に説明する。実験では、管状体に振動波を付与する振動波発生検出手段として、図６に示す構成の振動波発生検出手段を用いた。
【００６８】
図６は、管状体に振動波を付与するために用いられる振動波発生検出手段の別の構成例を示す斜視図である。振動波発生検出手段６１は、平板状の振動子６２と、平板状の振動方向制御素子６３とが積層された構成を有している。
【００６９】
平板状の振動子６２としては、平板状の圧電セラミックと、その平面のそれぞれに付設された電極（図示は略する）とから構成される圧電振動子が用いられている。圧電セラミックの厚みは１．０ｍｍであり、そしてその平面は一辺が５．５ｍｍの正方形の形状とされている。圧電セラミックは、その厚み方向（図６に記入した矢印２７の示す方向）に分極されている。振動子６２は、その電極に電圧を印加することにより、その平面が拡縮するように振動する。平板状の振動子が前記のように振動すると、振動子は、そのポアソン比に基づいて厚み方向にも振動する。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成されている。
【００７０】
振動方向制御素子６３としては、樹脂材料シート中に複数本の高弾性繊維がシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、底面６４に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材が用いられている。振動方向制御素子６３は、複数枚の繊維強化樹脂シートが、隣接する各シートの備える高弾性繊維の長さ方向が互いに直交するように交互に積層された構成を有している。図６に記入した破線の矢印６９ａ、６９ｂは、前記の隣接する繊維強化樹脂シートの各々が備える複数本の高弾性繊維維の長さ方向を示している。繊維強化樹脂材の厚みは２．０ｍｍであり、そしてその平面は一辺が５．５ｍｍの正方形の形状とされている。繊維強化樹脂材を構成する樹脂材料としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維としては炭素繊維が用いられている。図６に示すように、振動波発生検出手段６１の底面６４には、振動波発生検出手段を管状体の外側表面に安定に配置するための溝６７が形成されている。
【００７１】
振動方向制御素子６３として用いる繊維強化樹脂材は、その内部の高弾性繊維によって前記平板状の振動子の平面を拡縮するような振動を抑制し、そして振動子の厚み方向に振動する振動波を、選択的に振動方向制御素子の底面６４へと伝える。
【００７２】
図６の振動波発生検出手段６１は、管状体の外側表面に底面６４が接するように付設された場合、振動方向制御素子６３の複数本の高弾性繊維がその長さ方向に沿った振動の発生を抑制するために、振動子６２で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。
【００７３】
図７は、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【００７４】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、いずれも改良前の方法を実施するために用意される構造体の構成例を示している。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す各々の構造体は、管状体７７、および管状体７７の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設された第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとから構成されている。各々の振動波発生検出手段としては、図６の振動波発生検出手段が用いられている。
【００７５】
第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとの間隔Ｌは、４０ｍｍに設定されている。そして管状体７７としては、外径が３．１７ｍｍ、そして内径が１．５９ｍｍのフッ素樹脂製の管状体が用いられている。
【００７６】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、改良前の方法においては、第二の振動波発生検出手段６１ｂは、管状体７７の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上に付設されている。
【００７７】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）の構造体の構成は、管状体の配置、あるいは管状体に対する振動波発生検出手段の配置が異なっていること以外は、図７（ａ）の構造体と同様である。
【００７８】
図７（ａ）の構造体においては、管状体７７が水平方向に配置され、そして第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとが、前記管状体の外側表面の頂部に配置されている。以下、管状体が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段が前記管状体の外側表面の頂部に配置されている構造体を、配置Ａの構造体と記載する。
【００７９】
図７（ｂ）の構造体においては、管状体７７が水平方向に配置され、そして第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとが、前記管状体の外側表面の側部に配置されている。以下、管状体が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段が前記管状体の外側表面の側部に配置されている構造体を、配置Ｂの構造体と記載する。
【００８０】
図７（ｃ）の構造体においては、管状体７７が垂直方向に配置され、そして第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとが、前記管状体の長さ方向に沿って配置されている。以下、管状体が垂直方向に配置されている構造体を、配置Ｃの構造体と記載する。
【００８１】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）のいずれの構造体によっても、各々の構造体を用いて測定された伝達時間の差と、各々の構造体について用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータとを用いて、管状体の内部を移動する流体の流量を問題なく測定することができる。
【００８２】
改良前の方法においては、例えば、図４（ａ）の配置Ａの構造体を用いた流量測定の際に用意された較正用データを用いて、図４（ｂ）の配置Ｂの構造体、あるいは図４（ｃ）の配置Ｃの構造体を用いて測定された伝達時間の差から流量値を決定した場合に、測定された流量値に、配置Ａの構造体を用いて測定された流量値に対して僅かに変動を生じる。すなわち、工場などに既設の管状体に一対の振動波発生検出手段を付設して流量測定用の構造体を用意して流量の測定をした場合に、既設管状体の配置、あるいはこの管状体に対する振動波発生検出手段の配置が、較正用データを用意した構造体と異なる場合には、測定される流量値に僅かに変動を生ずる。この変動の大きさは、通常の使用で問題となるレベルではないが、改良が望まれる。このような流量値の変動が低減されれば、例えば、配置Ａの構造体について用意された較正用のデータと、既設の管状体の配置、あるいはこの管状体に対する振動波発生検出手段の配置が、配置Ａの構造体とは異なる構造体によって測定された伝達時間の差とを用いて、流体の流量を安定に測定することが可能となる。
【００８３】
以下に、改良前の方法における流量値の変動について、実験結果と共に説明する。実験では、図７（ａ）の配置Ａの構造体による流量測定に用いられる較正用のデータを用いて、図７（ｂ）の配置Ｂの構造体、そして図７（ｃ）の配置Ｃの構造体により測定された流量値の、配置Ａの構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。
【００８４】
まず、図７（ａ）の配置Ａの構造体を用いた流量測定のために用意される較正用のデータについて説明する。まず、図７（ａ）の構造体の管状体７７の内部に流体を既知の流量Ｖ０ で移動させる。この既知の流量値は、例えば、構造体の管状体７７に接続された電磁流量計などによって確認する。そして、管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定することにより、伝達時間の差（ΔＴ＝Ｔ２ −Ｔ１ ）を算出する。振動波の伝達時間の差（ΔＴ）と、管状体７７の内部を移動する流体の流量とは相関（ほぼ比例関係）がある。このことから、較正用のデータとしては、電磁流量計で測定された既知の流量値Ｖ０ を、振動波の伝達時間の差ΔＴで除して得られる比例定数ｋ（＝Ｖ０ ／ΔＴ）を用いた。すなわち、管状体７７の内部を移動する流体の流量値は、測定された伝達時間の差の値に、前記の比例定数ｋを乗ずることにより決定することができる。
【００８５】
較正用データとしては、前記の比例定数ｋ以外のものも用いることができる。例えば、振動波の伝達時間の差と、既知の流量との関係を示す較正曲線を用いることもできる。また、較正用データは、測定環境の温度、管状体の歪み、管状体の材料、あるいは測定対象の流体の種類などに対応するデータとすることもできる。
【００８６】
実験では、図７（ａ）の構造体の管状体７７の内部に水を移動させ、管状体７７に接続された電磁流量計（図示は略する）の示す流量値を確認しながら、水の流量を１００ｍＬ（ミリリットル）／分に調整した。図７に記入した矢印７１は、管状体の内部の水の移動方向を示している。次いで、管状体７７の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定して、前記の振動波の伝達時間の差を算出した。なお、振動波発生検出手段の振動子には、振動波を発生するためにパルス電圧（電圧値：３０Ｖ（ピークピーク値）、パルス幅：約４８０ｎ秒）を印加した。
【００８７】
算出された振動波の伝達時間の差と、前記の電磁流量計により設定された流量値（１００ｍＬ／分）とを用いて、較正用データ（比例常数ｋ）を作成した。すなわち、電磁流量計の示す流量値が１００ｍＬ／分である場合には、図７（ａ）の構造体を用いて測定される流量値も１００ｍＬ／分となる。
【００８８】
次に、図７（ｂ）の配置Ｂの構造体の管状体の内部で水を移動させ、管状体７７に接続された電磁流量計（図示は略する）の示す流量値を確認しながら、水の流量を１００ｍＬ／分に調整した。次いで、管状体７７の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定して、前記の振動波の伝達時間の差を算出した。そして測定された伝達時間の差と、図７（ａ）の配置Ａの構造体に用意した較正用データ（前記の比例常数ｋ）を用いて、管状体の内部を移動する水の流量を測定した。その結果、配置Ｂの構造体により測定された水の流量は、９８．３ｍＬ／分であった。
【００８９】
次に、図７（ｃ）の配置Ｃの構造体の管状体の内部で水を移動させ、管状体７７に接続された電磁流量計（図示は略する）の示す流量値を確認しながら、水の流量を１００ｍＬ／分に調整した。次いで、管状体７７の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定して、前記の振動波の伝達時間の差を算出した。そして測定された伝達時間の差と、図７（ａ）の配置Ａの構造体に用意した較正用データ（前記の比例常数ｋ）を用いて、管状体の内部を移動する水の流量を測定した。その結果、配置Ｃの構造体により測定された水の流量は、９７．５ｍＬ／分であった。
【００９０】
このように、配置Ｂの構造体、あるいは配置Ｃの構造体により、配置Ａの構造体に用意された較正用データを用いて測定された流量値は、配置Ａの構造体により測定された流量値（１００ｍＬ／分）に対して僅かに変動を生ずることがわかる。
【００９１】
第１表に、改良前の方法によって、配置Ｂの構造体、あるいは配置Ｃの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、配置Ａの構造体により測定された水の流量値に対する誤差の値を示す。第１表に示すように、配置Ｂの構造体により測定された水の流量値は、配置Ａの構造体により測定された水の流量値に対して、−１．７ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、配置Ｃの構造体により測定された水の流量値は、配置Ａの構造体により測定された水の流量値に対して、−２．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。
【００９２】
このような流量値の誤差の値（変動量）は、通常の流量測定（例えば、工場などに既設の管状体の内部を移動する流体の流量測定など）においては、全く問題とならないレベルである。ただし、このような流量値の変動を低減することができれば、配置Ａの構造体に用意した較正用データを用いて、一対の振動波発生検出手段を、工場などに既設の水平方向、垂直方向、あるいは斜め方向に配置された管状体のいずれに付設した場合、あるいは管状体の表面の頂部、側部、あるいは底部のいずれに付設した場合であっても管状体の内部を移動する流体の流量を高い信頼性で測定することが可能となる。なお、既設の管状体の配置、そしてこの管状体に対する振動波発生検出手段の配置を予め決定しておけば、この配置の構造体に対応する較正用データを用いて流量を測定することにより、このような流量値の変動を生じない。
【００９３】
次に、本発明の流量測定方法（第一の方法）と、第一の方法における流量値の変動について説明する。図８は、本発明の流量の測定方法（第一の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【００９４】
本発明の流量測定方法（第一の方法）は、下記の（１）から（７）の工程を実施することを特徴とする。
（１）管状体７７、この管状体７７の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段６１ａ、および第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段６１ｂを有する構造体を用意する工程。
（２）管状体７７の内部に測定対象の流体を移動させる工程。
（３）第一の振動波発生検出手段６１ａにて振動波を発生させ、この振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段６１ｂに到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（５）第二の振動波発生検出手段６１ｂにて振動波を発生させ、この振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段６１ａに到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。なお、本発明の流量測定方法に含まれるこの（８）の工程は、次の（９）の工程を実施する前であれば、いつ実施してもよい（第一の方法以外についても同様である）。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００９５】
第一の方法は、改良前の方法と同様に、一対の振動波発生検出手段を管状体の長さ方向に沿って配置する。第一の方法は、改良前の方法に用いられる構造体の第二の振動波発生検出６１ｂを、管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設することに特徴がある。管状体の外側表面に、このように一対の振動波発生検出手段を付設することにより、前記の流量値の変動を低減することができる。図８に示すように、第二の振動波発生検出手段６１ｂは、管状体７７の外側表面の管状体の中心軸に対して、第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線と対称の位置に付設されていることが好ましい。
【００９６】
管状体の中心軸及び管状体外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線を含む面と、管状体の中心軸及び管状体外側表面の第二の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線を含む面とのなす角度は、３０度以上であることが好ましく、９０度以上であることがより好ましく、１８０度（±１０度）であることがさらに好ましい。
【００９７】
図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）の構造体の構成は、第二の振動波発生検出手段６１ｂが、管状体７７の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線上とは異なる位置（管状体７７の中心軸に対して前記延長線と対称の位置）に付設されていること以外は、それぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の構造体と同様である。
【００９８】
図８（ａ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の頂部に配置されている配置Ａの構造体である。図８（ｂ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の側部に配置されている配置Ｂの構造体である。図８（ｃ）の構造体は、その管状体７７が垂直方向に配置されている配置Ｃの構造体である。
【００９９】
そして、改良前の方法と同様にして、図８（ａ）の配置Ａの構造体に用意された較正用のデータを用いて、図８（ｂ）、そして図８（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図８（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第１表に、図８（ｂ）の配置Ｂの構造体、および図８（ｃ）の配置Ｃの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図８（ａ）の配置Ａの構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第１表に示すように、第一の方法により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１００】
次に、本発明の流量測定方法（第二の方法）と、第二の方法における流量値の変動について説明する。図９は、本発明の流量の測定方法（第二の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【０１０１】
本発明の流量測定方法（第二の方法）は、下記の工程からなる。
（１）管状体７７、管状体７７の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、管状体７７の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段を有する構造体を用意する工程。
（２）管状体７７の内部に測定対象の流体を移動させる工程。
（３）第一の組の各々の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃにて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（４）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄに到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（５）第二の組の各々の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄにて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（６）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第一の組の各々の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃに到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【０１０２】
第二の方法は、改良前の方法と同様に、第一の組の振動波発生検出手段と第二の組の振動波発生検出手段とを管状体の長さ方向に沿って配置する。第二の方法は、改良前の方法に用いられる各々の振動波発生検出手段を、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段から構成することに特徴がある。この複数の振動波発生検出手段は、管状体の外周を等分する位置に付設されていることが好ましい。図９に示す構造体においては、各々の組の振動波発生検出手段は、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて、そして管状体の外周を二等分する位置に付設された二つの振動波発生検出手段から構成されている。管状体の外側表面に、このように第一の組の振動波発生検出手段と第二の組の振動波発生検出手段とを付設することにより、前記の流量値の変動を低減することができる。
【０１０３】
第一の組の振動波発生検出手段の備える振動子６２ａ、６２ｃは、電気的に並列に接続されている。第一の組の振動波発生検出手段による振動波の発生は、この並列接続された振動子６２ａ、６２ｃに電圧を同時に印加することにより実施される。第一の組の振動波発生検出手段による、第二の組の振動波発生検出手段にて発生した複数の振動波の検出は、その各々の振動波の到達により、振動子６２ａ、６２ｃのそれぞれにおいて発生する電気信号を、これらの振動子を並列接続することによって電気信号の和として検出することにより実施される。
【０１０４】
なお、振動子の電気的な接続方法（すなわち、振動子に電圧を印加する方法、そして振動子にて発生する電圧を検出する方法）は、第一の組の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃの各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生でき、そしてこの各々の振動波振動波発生検出手段にて発生する電気信号の和を検出することができれば、特に上記の例に限定されるわけではない。
【０１０５】
第二の組の振動波発生検出手段によって振動波の発生、そして検出をする方法は、第一の組の振動波発生検出手段の場合と同様である。
【０１０６】
図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）の構造体の構成は、管状体７７の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段と、第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段とを備えていること以外は、それぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の構造体と同様である。
【０１０７】
図９（ａ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の頂部に配置されている配置Ａの構造体である。図９（ｂ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の側部に配置されている配置Ｂの構造体である。図９（ｃ）の構造体は、その管状体７７が垂直方向に配置されている配置Ｃの構造体である。
【０１０８】
そして、改良前の方法と同様にして、図９（ａ）の配置Ａの構造体に用意された較正用のデータを用いて、図９（ｂ）、そして図９（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図９（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第１表に、図９（ｂ）の配置Ｂの構造体、および図９（ｃ）の配置Ｃの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図９（ａ）の配置Ａの構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第１表に示すように、第二の方法により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
このように、本発明の流量測定方法（第一の方法と第二の方法）により、流量値の変動が低減される理由は、下記のように推測される。本発明の流量測定方法においては、流量の測定に管状体の壁体を伝わる振動波を用いている。管状体は、その長さ方向のいずれかの位置にて支持固定されているため、あるいは管状体、その内部を移動する流体、あるいはその外側表面に設置される振動波発生検出手段の質量を受けるために、その壁体内部に歪みを生じる。このような歪みの大きさは、管状体の壁体内部の場所により不均一な値を示す。そして流量測定に用いられる振動波は、振動波の伝わる経路によって異なる大きさの歪みを生じている管状体の壁体を伝わる。このため、振動波の伝わる経路によって、その伝達時間が変動すると理解される。従って、管状体の配置、あるいは管状体に対する振動波発生検出手段の配置により、測定される流量値に変動を生じるものと理解される。
【０１１１】
第一の方法においては、第二の振動波発生検出手段が、管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の外側表面に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設される。このため、振動波が、管状体の長さ方向のみでなく、管状体の外周方向にも伝わるために、前記の管状体の歪みの影響を受け難くなり、測定される流量値の変動が低減されると理解される。
【０１１２】
第二の方法においては、第一の組の各々の振動波発生検出手段にて同時に発生した複数の振動波を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生される電気信号の和として検出する。振動波を前記の電気信号の和として検出することは、管状体の壁体を異なる経路で伝わる振動波をその合成波として検出することを意味している。このため、前記の管状体の歪みの影響を受け難くなり、測定される流量値の変動が低減されると理解される。
【０１１３】
次に、改良前の方法における、管状体の形状により生ずる流量値の変動について説明する。図１０は、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１１４】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、いずれも改良前の方法を実施するために用意される構造体の構成例を示している。図１０（ａ）の構造体の構成は、図７（ａ）の構造体と同一である。
【０１１５】
図１０（ｂ）の構造体の構成は、管状体７７ｂの、流体の移動方向７１に対して上流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１０（ａ）の構造体と同様である。管状体７７ｂは、振動波発生検出手段６１ａの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このように、管状体の上流側が湾曲している構造体を、上流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１１６】
図１０（ｃ）の構造体の構成は、管状体の７７ｃの、流体の移動方向７１に対して下流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１０（ａ）の構造体と同様である。管状体７７ｃは、振動波発生検出手段６１ｂの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このように、管状体の下流側が湾曲している構造体を、下流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１１７】
そして、前記の流量値の変動を確認する実験と同様にして、図１０（ａ）の構造体を用いた流量測定のために用意された較正用のデータを用いて、図１０（ｂ）、そして図１０（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図１０（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第２表に、図１０（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、および図１０（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１０（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。
【０１１８】
第２表に示すように、図１０（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１０（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−２．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、図１０（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１０（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−１．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。
【０１１９】
このような流量値の誤差の値（変動量）は、通常の流量測定においては、全く問題とならないレベルである。このような流量値の変動を低減することができれば、図１０（ａ）の構造体に用意した較正用データを用いて、一対の振動波発生検出手段を、工場などに既設の湾曲部を有する管状体に付設した場合であっても管状体の内部を移動する流体の流量を安定に測定することが可能となる。なお、既設の管状体の形状が既知である場合には、湾曲した管状体を有する構造体に対応する較正用データを用いて流量を測定すれば、このような流量値の変動を生じない。
【０１２０】
図１１は、本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１２１】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）の構造体の構成は、第二の振動波発生検出手段６１ｂが、管状体外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線上とは異なる位置（管状体の中心軸に対して前記延長線と対称の位置）に付設されていること以外は、それぞれ図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）の構造体と同様である。
【０１２２】
そして、改良前の方法と同様にして、図１１（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１１（ｂ）、そして図１１（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図１１（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第２表に、図１１（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、および図１１（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１１（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第２表に示すように、第一の方法により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１２３】
図１２は、本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１２４】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）の構造体の構成は、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段と、第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段とを備えていること以外は、それぞれ図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）の構造体と同様である。
【０１２５】
そして、改良前の方法と同様にして、図１２（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１２（ｂ）、そして図１２（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図１２（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第２表に、図１２（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、および図１２（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１２（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第２表に示すように、第二の方法により測定された流量値により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１２６】
【表２】
【０１２７】
次に、改良前の方法における、管状体の形状により生ずる流量値の変動についてさらに説明をする。図１３は、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１２８】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）は、いずれも改良前の方法を実施するために用意される構造体の構成例を示している。図１３（ａ）の構造体の構成は、管状体９７ａの第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置と第二の振動波発生検出手段６１ｂの付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図７（ａ）の構造体と同様である。管状体９７ａの有する二つの直線部分の距離は、約２４ｍｍに設定されている。
【０１２９】
図１３（ｂ）の構造体の構成は、管状体の９７ｂの、流体の移動方向７１に対して上流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１３（ａ）の構造体と同様である。管状体９７ｂは、振動波発生検出手段６１ａの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このような、管状体の上流側が湾曲した構造体を、上流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１３０】
図１３（ｃ）の構造体の構成は、管状体の９７ｃの、流体の移動方向７１に対して下流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１３（ａ）の構造体と同様である。管状体９７ｃは、振動波発生検出手段６１ｂの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このような、管状体の下流側が湾曲した構造体を、下流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１３１】
図１３（ｄ）の構造体の構成は、管状体の９７ｄの、流体の移動方向７１に対して上流側の部分及び下流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１３（ａ）の構造体と同様である。このような、管状体の上流側及び下流側が湾曲した構造体を、両側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１３２】
そして、前記の流量値の変動を確認する実験と同様にして、図１３（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）の構造体により測定された流量値の、図１３（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第３表に、図１３（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、図１３（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体、そして図１３（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１３（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。
【０１３３】
第３表に示すように、図１３（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１３（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−１．２ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、図１３（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１３（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−０．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、図１３（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１３（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−０．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。
【０１３４】
このような流量値の誤差の値（変動量）は、通常の流量測定においては、全く問題とならないレベルである。このような流量値の変動を低減することができれば、図１３（ａ）の構造体に用意した較正用データを用いて、一対の振動波発生検出手段を、工場などに既設の管状体の湾曲部を挟むように付設し、さらに管状体の上流側、下流側もしくは両側が、管状体の中心軸に沿って湾曲している場合であっても管状体の内部を移動する流体の流量を安定に測定することが可能となる。このように、管状体の湾曲部においても流量値を安定に測定することができると、既設の管状体が流量計を設置するための十分な直管部分を備えていない場合にも安定な流量測定が可能となる。
【０１３５】
図１４は、本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１３６】
図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）の構造体の構成は、第二の振動波発生検出手段６１ｂが、管状体外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線上とは異なる位置（管状体の中心軸に対して前記延長線と対称の位置）に付設されていること以外は、それぞれ図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）の構造体と同様である。
【０１３７】
そして、改良前の方法と同様にして、図１４（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）の構造体により測定された流量値の、図１４（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第３表に、図１４（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、図１４（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体、そして図１４（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１４（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第３表に示すように、第一の方法により測定された流量値の誤差は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１３８】
図１５は、本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１３９】
図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）の構造体の構成は、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段と、第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段とを備えていること以外は、それぞれ図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）の構造体と同様である。
【０１４０】
そして、改良前の方法と同様にして、図１５（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）の構造体により測定された流量値の、図１５（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第３表に、図１５（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、図１５（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体、そして図１５（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１５（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第３表に示すように、第二の方法により測定された流量値の誤差が、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１４１】
【表３】
【０１４２】
次に、本発明の流量測方法（第二の方法）の実施に好ましく用いることのできる流量測定用の構造体について説明する。図１６は、本発明の流量測定用の構造体の構成例と、その使用の態様とを説明する図である。図１６（ａ）は構造体の平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した構造体の断面図であり、そして図１６（ｃ）は、図１６（ａ）に記入した切断線ＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した構造体の断面図である。
【０１４３】
図１６の流量測定用の構造体は、上側部分と下側部分とに分離可能な細長い形状の容器１０９の内部に、前記の容器上側部分１０９ａの内側面と容器下側部分１０９ｂの内側面とのそれぞれに固定され、容器１０９の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から容器１０９の長さ方向に沿って間隔をあけて前記の容器上側部分１０９ａの内側面と容器下側部分１０９ｂの内側面とのそれぞれに固定され、容器１０９の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段が収容されてなる構成を有している。そして、前記の各々の振動波発生検出手段は、振動子６２と、振動子６２で発生した振動波を主として容器１０９の長さ方向に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子６３とから構成されている。
【０１４４】
振動波発生検出手段６１ａ、６１ｄは、支持板１０７ａを介して前記の容器上側部分１０９ａの内側面に固定されている。同様に、振動波発生検出手段６１ｃ、６１ｂは、支持板１０７ｂを介して前記の容器下側部分１０９ｂの内側面に固定されている。各々の振動波発生検出手段には、その振動子６２に電圧を印加するためのリード線１０８が付設されている。
【０１４５】
支持板１０７ａ、１０７ｂは、各々の振動波発生検出手段にて発生した振動波の容器１０９の側への伝達を防止するために、音響インピーダンスの値が、振動子６２の示す音響インピーダンスの値に対して差の大きな材料から形成することが好ましい。このような材料の例としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、およびポリウレタン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。各々の振動波発生検出手段を、容器の内側面に直接固定する場合には、容器、もしくは容器の内側面を前記の支持板を形成する材料と同様の材料から形成することが好ましい。
【０１４６】
図１６の構造体は、振動波発生検出手段６１ａ、６１ｄが固定された容器上側部分１０９ａと、振動波発生検出手段６１ｃ、６１ｂが固定された容器下側部分１０９ｂとにより、既設の管状体７７を挟んだ状態で固定するという簡単な操作により、管状体７７の内部を移動する流体の流量測定を始めることができる。容器上側部分１０９ａと容器下側部分１０９ｂとは、ねじ１０６を用いて互いに固定する。
【０１４７】
図１７は、本発明の流量測定用の構造体の別の構成例を示す斜視図である。図１７の流量測定用の構造体は、一対の透孔１７１を備えた容器１７９、前記の一対の透孔１７１を通って容器１７９に一部分が収容されている内部に流量測定対象の流体を移動させる管状体９７ｄ、容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から管状体９７ｄの長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段などから構成されている。そして前記の各々の振動波発生検出手段は、振動子６２と、振動子６２で発生した振動波を主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子６３とから構成されている。
【０１４８】
図１７に示す構造体の管状体９７ｄは、第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段との間に、前記の管状体の中心軸を含む対称面内にて中心軸が湾曲している湾曲部１７２を備えている。図１７に示すように湾曲部の形状は、Ｕ字形状であることが好ましい。管状体がこのような湾曲部を有していると、振動波の伝達距離（第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との間の距離）を長く設定した場合であっても、流量測定用の構造体のサイズを小さくすることができる。
【０１４９】
図１７の構造体は、測定対象の流体が移動する管状体の長さが短い場合、例えば、近接配置されたポンプとバルブとを接続している管状体の内部を移動する流体の流量を測定する場合に、このような管状体に代えて構造体を設置することにより、充分に高い精度で流体の流量を測定をすることができる。
【０１５０】
図１７に示すように、管状体の湾曲部１７９及びその延長部の一部は、容器１７９の内側面に付設され、前記対称面に垂直な一対の支持面１７３を備える支持部材１７４の前記一対の支持面１７３によって狭まれた状態で固定されていることも好ましい。このように管状体の湾曲部、あるいは管状体の湾曲部及びその延長部の一部を支持部材により支持することにより、流量測定の際にノイズとなる外部振動の影響を低減することができる。
【０１５１】
支持部材１７４は、管状体９７ｄの壁体を伝わる振動波の支持部材１７４への伝達を防止するために、音響インピーダンスの値が、管状体９７ｄの示す音響インピーダンスの値に対して差の大きな材料から形成することが好ましい。このような材料としては、樹脂材料、あるいは発泡樹脂材料を用いることが好ましい。樹脂材料の代表例としては、シリコーン樹脂、およびポリウレタン樹脂が挙げられる。
【０１５２】
以下に、本発明の流量測定方法を実施するために用意される構造体の振動波発生検出手段などについて説明する。
【０１５３】
振動波発生検出手段としては、管状体の壁体に振動波を付与、そして検出することが可能であれば、その構成に特に制限はない。従って、振動波発生検出手段としては、従来の超音波流量計に用いられている公知の超音波発生検出手段、例えば、前記のリング状の超音波振動子から構成された超音波発生検出手段、あるいは振動子と超音波（振動波）伝搬材から構成された振動波発生検出手段などを用いることができる。超音波伝搬材は、通常、音響インピーダンスの値が、振動子の音響インピーダンスの値と、管状体の音響インピーダンスの値との間にある樹脂材料あるいは金属材料などから形成される。このような材料から超音波伝搬材を形成することにより、管状体の外側表面における振動波の反射を低減して、振動波を効率良く管状体の壁体に伝えることができる。
【０１５４】
本発明においては、振動波を効率良く壁体に付与するために、各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子を含む構成を有していることが好ましい。そして、振動方向制御素子により振動波の振動方向を制御することにより、振動波発生検出手段が、振動子で発生した振動波を主として壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として、壁体に付与することが好ましい。このような振動波を用いることにより、振動波を効率良く壁体に付与することができる。なお、管状体の壁体に対して垂直な方向とは、壁体の法線とのなす角度が１０度未満、好ましくは５度未満である方向を意味する。
【０１５５】
振動波発生検出手段により壁体に付与する振動波の周波数は、一般に超音波と呼ばれる２０ｋＨｚ以上の周波数に限定される訳ではない。壁体に付与する振動波としては、周波数が１０ｋＨｚ乃至３ＭＨｚの範囲にある振動波、あるいはパルス状の振動波を好ましく用いることができる。振動波を管状体の壁体に効率良く付与するために、振動波の周波数を、管状体の固有振動数、あるいは管状体とその内部にある流体を一体とする固有振動数と一致させることが好ましい。これらの固有周波数は、例えば、有限要素法を用いた解析用のソフトウエア「ＡＮＳＹＳ」（ＡＮＳＹＳ社製）を用いたシミュレーションにより決定することができる。
【０１５６】
振動子の例としては、電歪振動子、および磁歪振動子が挙げられる。電歪振動子の例としては、圧電振動子、および圧電振動子を一対の金属部材でボルト締めした構成のランジュバン型振動子が挙げられる。磁歪振動子の例としては、金属磁歪振動子、およびフェライト振動子が挙げられる。振動子としては、その構成が簡単であることから、電歪振動子（特に、圧電振動子）を用いることが好ましい。
【０１５７】
振動方向制御素子としては、樹脂材料シート中に複数本の高弾性繊維がシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、その底面（管状体の外側表面と接する面）に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材を用いることが好ましい。
【０１５８】
樹脂材料の例としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびポリカーボネート樹脂が挙げられる。
【０１５９】
高弾性繊維の例としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、およびポリアミド繊維が挙げられる。
【０１６０】
各々の振動波発生検出手段と管状体との接触面には、この接触面における振動波の反射を防止するために、グリースやワセリンなどの接触媒質からなる薄い層を付設することが好ましい。
【０１６１】
また、管状体の外側表面に付設された振動波発生検出手段により、管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間の測定は、一方の振動波発生検出手段にて振動波の発生を開始してから、他方の振動波発生検出手段にて振動波に対応する電気信号の検出が開始されるまでの時間に限定されない。例えば、振動波の伝達時間を、一方の振動波発生検出手段にて振動波の発生を開始してから、他方の振動波発生検出手段にて検出される電気信号の電圧値が、所定のしきい値を超えたのちに零となるまでの時間としても、伝達時間の差を算出すれば、上記の伝達時間の差（Ｔ２ −Ｔ１ ）と同じ値が得られるからである。このようにして伝達時間を測定し、そして伝達時間の差を得る方法は、ゼロクロス法とよばれており、従来の超音波流量計において流体中を伝わる超音波の伝達時間の差を得るために一般的に用いられている方法である。
【０１６２】
すなわち、本明細書において、振動波の伝達時間とは、一方の振動波発生検出手段にて発生した振動波の波形の特定の位置を時間計測の開始点として、他方の振動波発生検出手段にて検出された振動波の波形の特定の位置を時間計測の終了点として計測された時間を意味する。
【０１６３】
振動波の伝達時間は、上記他方の振動波検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号を、Ａ−Ｄ変換器（アナログ−デジタル変換器）を用いてデジタル信号に変換し、これをＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて演算処理して決定することが好ましい。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明の流量測定方法においては、管状体の内部を移動する流体の影響を受けながら管状体の壁体を伝わる振動波を用いて流体の流量を測定している。このため、流体の流量と相関のある振動波の伝達時間を測定するための一対の振動波発生検出手段の間隔を、管状体の内径とは無関係に長く設定することができる。従って、本発明の測定方法により、内径が小さな管状体の内部を移動する流体の流量を高い精度で測定することができる。そして本発明の流量測定方法を実施するために、既設の管状体を取り外す必要はない。さらに、本発明の流量測定方法は、既設の管状体の形状や配置、あるいは管状体に対する振動波発生検出手段の付設位置によらずに、高い精度で流体の流量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の流体の流量測定方法を説明する断面図である。
【図２】振動波発生検出手段の構成例を示す斜視図である。
【図３】ステンレススチール製の管状体の内部に水を満たした状態（水は静止している状態）において、その外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段の振動子に印加した電圧の波形（Ｓ１ ）、および第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号の電圧波形（Ｓ２ ）を示す図である。
【図４】ステンレススチール製の管状体の内部で水を一方の方向に移動させた状態において、電磁流量計により測定された水の流量と、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）により測定された水の流量との関係を示すグラフである。
【図５】振動波発生検出手段の別の構成例を示す図である。
【図６】振動波発生検出手段の別の構成例を示す斜視図である。
【図７】管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【図８】本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【図９】本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【図１０】管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用いられる流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１１】本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１２】本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１３】管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用いられる流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１４】本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１５】本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１６】本発明の流量測定用の構造体の構成例と、その使用の態様とを説明する図である。
【図１７】本発明の流量測定用の構造体の別の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 超音波発生検出手段
２ａ、２ｂ 超音波振動子
３ａ、３ｂ 超音波伝搬材
４ａ、４ｂ 底面
５ａ、５ｂ 斜面
６ 管状体の壁体
７ 流体の移動方向を示す矢印
９ 超音波の伝わる経路を示す破線
９ａ、９ｂ 超音波の伝わる方向を示す矢印
２０ 振動子の振動方向を示す矢印
２１ 超音波発生検出手段
２２ａ、２２ｂ 振動子
２３ 振動方向制御素子
２４ 底面
２７ 分極方向を示す矢印
２８ 樹脂材料シート
２９ 高弾性繊維
Ｔ０ 管状体内部の水が静止状態にある場合の振動波の伝達時間
Ｓ１ 第一の振動波発生検出手段に印加した電圧の波形
Ｓ２ 第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号の電圧波形
５１ 振動波発生検出手段
５２ 振動子
５３ 振動方向制御素子
５４ 底面
５８ 樹脂シート
５９ａ、５９ｂ 樹脂材料
６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ 振動波発生検出手段
６２ 振動子
６３ 振動方向制御素子
６４ 底面
６９ａ、６９ｂ 高弾性繊維の長さ方向を示す矢印
７１ 流体の移動方向を示す矢印
７７、７７ｂ、７７ｃ 管状体
９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄ 管状体
１０６ ねじ
１０７ａ、１０７ｂ 支持板
１０８ リード線
１０９ 容器
１０９ａ 容器上側部分
１０９ｂ 容器下側部分
１７１ 容器の透孔
１７２ 管状体の湾曲部
１７３ 支持面
１７４ 支持部材
１７９ 容器
【発明の属する技術分野】
本発明は、管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管状体の内部を移動する流体の流量を測定する流量計のうちの一つとして、クランプオン型超音波流量計が知られている。クランプオン型超音波流量計は、管状体の外側表面に付設され、管状体の内部を移動する流体の流量を、管状体の外部にて測定する流量計である。
【０００３】
図１は、クランプオン型超音波流量計を用いた従来の流体の流量測定方法を説明する断面図である。クランプオン型超音波流量計は、一対の超音波発生検出手段１ａ、１ｂから構成されている。図１に記入した矢印７は、管状体の内部の流体の移動方向を示している。
【０００４】
超音波発生検出手段１ａは、超音波振動子２ａと超音波伝搬材３ａから構成されている。超音波振動子２ａは、超音波伝搬材３ａの斜面５ａに付設されている。超音波振動子２ａとしては、圧電振動子が用いられている。圧電振動子は、圧電セラミックと、その両面に付設された一対の電極とから構成されている。超音波発生検出手段１ｂの構成は、超音波発生検出手段１ａと同様である。
【０００５】
超音波振動子２ａ、２ｂのそれぞれは、その電極に電圧を印加すると超音波を発生し、そして超音波が付与されるとその電極に電圧を発生する。従って、超音波振動子が備えられた超音波発生検出手段１ａ、１ｂのそれぞれは、超音波の発生手段でもあり、検出手段でもある。
【０００６】
管状体の内部を移動する流体の流量は、以下のようにして測定される。先ず、超音波発生検出手段１ａの超音波振動子２ａに電圧パルスを印加して、超音波を発生させる。超音波は、図１に記入した破線９に沿って、超音波伝搬材３ａ、管状体の壁体６、流体、管状体の壁体６、そして超音波伝搬材３ｂをこの順に伝わり、そして超音波発生検出手段１ｂの超音波振動子２ｂに到達する。そして超音波が、超音波発生検出手段１ａから流体内を伝わって、超音波発生検出手段１ｂに到達するまでの伝達時間（Ｔ１ ）を測定する。
【０００７】
次に、超音波発生検出手段１ｂの超音波振動子２ｂに電圧パルスを印加して、超音波を発生させる。超音波は、前記の経路を逆の向きに伝わり、そして超音波発生検出手段１ａの超音波振動子２ａに到達する。そして超音波が、超音波発生検出手段１ｂから流体内を伝わって、超音波発生検出手段１ａに到達するまでの伝達時間（Ｔ２ ）を測定する。
【０００８】
超音波の伝達時間Ｔ１ 、Ｔ２ は、超音波が流体内を伝わる方向（図１に記入した矢印９ａ、９ｂの示す方向）により、互いに異なる値となる。
【０００９】
超音波発生検出手段１ａから超音波発生検出手段１ｂに（矢印９ａが示す方向に）伝わる超音波は、流体の流れに乗って流体内を伝わるので、伝達時間（Ｔ１ ）は、流体が静止している場合よりも小さな値を示す。
【００１０】
超音波発生検出手段１ｂから超音波発生検出手段１ａに（矢印９ｂが示す方向に）伝わる超音波は、流体の流れに逆らって流体内を伝わるので、伝達時間（Ｔ２ ）は、流体が静止している場合よりも大きな値を示す。
【００１１】
これらの伝達時間の差（Ｔ２ −Ｔ１ ）は、管状体の内部を移動する流体の流量（流速）と相関がある。そして、この伝達時間の差と、別に用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータとを比較することによって、管状体の内部を移動する流体の流量を決定する。
【００１２】
クランプオン型超音波流量計は、工場などに既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量を測定することができるという大きな利点を有している。また、クランプオン型超音波流量計は、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を測定した場合に、流量の測定精度が低下するという欠点を有している。管状体の内径が小さい場合、超音波が流体内を伝わる距離が短くなり、前記の伝達時間の差が非常に小さな値となる。このため、測定される伝達時間の差に含まれる誤差の割合が大きくなり、流量の測定精度が低下する。市販のクランプオン型超音波流量計では、測定可能な管状体の内径は、通常２５ｍｍ程度以上とされている。
【００１３】
内径の小さな管状体は、例えば、食品、医薬品、化学製品、もしくは半導体デバイスなどを製造する際に微量で使用される流体を移動するために用いられている。そして、このような内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を、高い精度で測定する方法が望まれている。内径の小さな管状体は、治療中の患者に対して、薬液や血液などを連続的に投与する際にも用いられている。患者に投与される薬液や血液の流量は、高い精度で測定する必要がある。
【００１４】
非特許文献１には、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量測定に用いることができる超音波流量計について記載されている。この超音波流量計は、一対のリング状の超音波振動子（超音波発生検出手段）から構成されている。一対のリング状の超音波振動子は、その各々の孔に、測定対象の流体を移動させる管状体を通すことにより管状体の外側表面に付設される。
【００１５】
リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計により、管状体の内部を移動する流体の流量は、以下のようにして測定される。先ず、一方の超音波振動子にて超音波を発生させ、この超音波が流体内を管状体の長さ方向に伝わって、他方の超音波振動子に到達するまでの伝達時間を測定する。次いで前記の他方の超音波振動子にて超音波を発生させ、この超音波が流体内を管状体の長さ方向に伝わって、前記の一方の超音波振動子に到達するまでの伝達時間を測定する。そして、測定された伝達時間の差と、別に用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータとを比較することによって、管状体の内部を移動する流体の流量を決定する。
【００１６】
リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計においては、超音波が流体内を管状体の長さ方向に沿って伝わる。従って、一対のリング状の超音波振動子の間隔を広げることにより、超音波が流体内を伝わる距離を長く設定することができる。このため、リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計により、内径が小さな管状体の内部を移動する流体の流量を高い精度で測定できるとされている。
【００１７】
しかし、リング状の超音波振動子を用いた超音波流量計は、工場などに既設の管状体の内部を移動する流体の流量を測定するためには、管状体を取り外して流量計を設置する必要があるという問題を有している。
【００１８】
また、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に、電磁流量計を用いることも知られている。電磁流量計は、管状体の内径が小さい場合であってもその内部を移動する流体の流量を高い精度で測定することができる。しかし、工場などに既設の管状体の内部を移動する流体の流量を測定するためには、管状体を取り外して流量計を設置する必要があるという問題を有している。
【００１９】
【非特許文献１】
石川博朗等著，「液体用超音波微小流量計のセンサ配置と流量特性」，計測自動制御学会論文集，２０００年，第３６巻，第１２号，ｐ．１０７１−１０７８
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量の測定が可能であり、そして内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に好ましい流量測定方法の発明について、２００２年１１月１３日に国際出願（国際出願番号：ＰＣＴ／ＪＰ０２／１１８２１号）をした。
【００２１】
上記国際出願をした発明は、下記の工程を含む流路を移動する流体の流量の測定方法にある。
（１）壁体によって区画された管もしくは溝状の流路、及びその壁体の外側表面もしくは内側表面に流路に沿って配設された第一の振動波発生検出手段と第二の振動波発生検出手段を有する構造体を用意する工程。
（２）流路に測定対象の流体を移動させる工程。
（３）第一の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、その振動波を壁体に付与する工程。
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（５）第二の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、その振動波を壁体に付与する工程。
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の流路に、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を既知の流量で移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作製した、流量と振動波の伝達時間の差との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを比較することによって、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００２２】
この流量測定方法は、これまでは流量を測定する際にノイズと考えられていた管状体の壁体を伝わる振動波を用いて、管状体の内部を移動する流体の流量の測定をするものである。
【００２３】
このような、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により、管状体の内部を移動する流体の流量を問題なく測定することができる。本発明者は、この流量測定方法（以下、改良前の方法と記載する）を、管状体の内部を移動する流体の流量を測定する場合に、管状体の形状や配置、そして管状体に対する振動波発生検出手段の配置の違いによって生ずる流量値の僅かな変動を低減させて改良することを検討した。
【００２４】
本発明の目的は、既設の管状体を取り外すことなく、その内部を移動する流体の流量の測定が可能であり、管状体の形状や配置、そして管状体に対する振動波発生検出手段の配置の違いによる流量値の変動が低減され、そして内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量の測定に好ましい流量測定方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の工程を含むことを特徴とする管状体の内部を移動する流体の流量測定方法にある。
（１）管状体、該管状体の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段、および該第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ該管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段を備えた構造体を用意する工程。
（２）管状体の内部で測定対象の流体を一方の方向に移動させる工程。
（３）第一の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、この振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（５）第二の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、この振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００２６】
以下、このような流量測定方法を、第一の方法と記載する。第一の方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）第二の振動波発生検出手段が、管状体の外側表面の該管状体の中心軸に対して、第一の振動波発生検出手段の付設位置から伸びる延長線と対称の位置に付設されている。
２）管状体の第一の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
３）管状体の第一の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との管状体の中心軸に沿った両外側部分のうちの少なくとも一方の側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
４）各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子とを含み、前記の振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。
【００２７】
本発明はまた、下記の工程を含むことを特徴とする管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法にもある。
（１）管状体、該管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および該第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、該管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段を備えた構造体を用意する工程。
（２）管状体の内部で測定対象の流体を一方の方向に移動させる工程。
（３）第一の組の各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（４）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（５）第二の組の各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体の壁体に付与する工程。
（６）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第一の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００２８】
以下、このような流量測定方法、第二の方法と記載する。第二の方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）各々の組の複数の振動波発生検出手段が、管状体の外周を等分する位置に付設されている。
２）管状体の第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
３）管状体の第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との管状体の中心軸に沿った両外側部分のうちの少なくとも一方の側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している。
４）各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子とを含み、前記の振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。
【００２９】
なお、上記本発明の流量測定方法（第一の方法および第二の方法）において、較正用データを用意するために用いられる構造体の均等物とは、流量を測定するための構造体と同一の物性を示す材料を用いて同一の構成とした、別の構造体を意味する。同様に、測定対象の流体の均等物とは、構造体に移動させる測定対象の流体と密度が実質的に等しい流体、あるいは構造体の均等物に移動させる測定対象の流体と同じ流体もしくは測定対象の流体と密度が実質的に等しい流体を意味する。密度が実質的に等しいとは、流体の均等物の密度の値が、測定対象の流体の密度の値の０．３乃至１．７倍の範囲にあることを意味する。流体の均等物の密度の値は、測定対象の流体の密度の値の０．４乃至１．６倍の範囲にあることが好ましい。流体の均等物としては、測定対象の流体と同じ流体を用いることが最も好ましい。但し、測定対象の流体が引火性や毒性などを有して取り扱いに注意が必要である場合には、較正用データを用意するために前記流体の均等物（例えば、水など）を用いることもできる。
【００３０】
本発明はまた、上側部分と下側部分とに分離可能な細長い形状の容器の内部に、前記の容器上側部分の内側面と容器下側部分の内側面とのそれぞれに固定され、容器の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から容器の長さ方向に沿って間隔をあけて前記の容器上側部分の内側面と容器下側部分の内側面とのそれぞれに固定され、容器の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段が収容されてなり、前記の各々の振動波発生検出手段が、振動子と、この振動子で発生した振動波を主として前記容器の長さ方向に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子とから構成されていることを特徴とする流量測定用の構造体にもある。
【００３１】
本発明はまた、一対の透孔を備えた容器、前記の一対の透孔を通って前記容器に一部分が収容されている内部に流量測定対象の流体を移動させる管状体、前記容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、前記容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段を備え、前記の各々の振動波発生検出手段が、振動子と、この振動子で発生した振動波を主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子とから構成されていることを特徴とする流量測定用の構造体にもある。
【００３２】
本発明の流量測定用の構造体の好ましい構成は、下記の通りである。
１）管状体が、その第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との間に、前記管状体の中心軸を含む対称面内にて中心軸が湾曲している湾曲部を有している。
２）湾曲部の形状がＵ字状の形状にある。
３）上記１）及び２）の構造体の管状体の湾曲部、もしくは管状体の湾曲部及びその延長部の一部が、容器の内側面に付設され、前記対称面に垂直な一対の支持面を備える支持部材の前記一対の支持面によって狭まれた状態で固定されている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の流量測定方法に用いられる、管状体の壁体を伝わる振動波、およびこの振動波を用いた流量測定方法の原理について説明する。
【００３４】
管状体の内部を移動する流体の流量を測定するために、管状体、および管状体の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設された一対の振動波発生検出手段から構成される流量測定用の構造体を用意する。
【００３５】
図２は、管状体に振動波を付与するために用いられる振動波発生検出手段の一例の構成を示す斜視図である。振動波発生検出手段２１は、振動方向制御素子２３の二つの側面のそれぞれに、振動子２２ａ、２２ｂが付設された構成を有している。
【００３６】
振動子２２ａ、２２ｂのそれぞれとしては、板状の圧電セラミックと、その各々の平面に付設された電極（図示は略する）とから構成される圧電振動子が用いられている。圧電セラミックの幅Ｗは１０ｍｍ、高さＨ１ は２５ｍｍ、そして厚みＴ１ は０．５ｍｍである。圧電セラミックは、その厚み方向（図２に記入した矢印２７の示す方向）に分極されている。振動子２２ａ、２２ｂのそれぞれは、その電極に電圧を印加することにより、図２に記入した矢印２０の示す方向に振動する。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成されている。
【００３７】
振動子２２ａ、２２ｂは、電気的に並列に接続されている。振動波発生検出手段による振動波の発生、そして検出は、この並列接続された振動子２２ａ、２２ｂに電圧を印加、そして並列接続された振動子にて発生する電圧を検出することにより実施される。なお、振動子の電気的な接続方法（すなわち、振動子に電圧を印加する方法、そして振動子にて発生する電圧を検出する方法）は、上記の例に限定されるわけではない。
【００３８】
振動方向制御素子２３としては、樹脂材料シート２８中に複数本の高弾性繊維２９がシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、底面２４に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材が用いられている。繊維強化樹脂材の幅Ｗは１０ｍｍ、高さＨ２ は２７ｍｍ、そして厚みＴ２ は３ｍｍである。繊維強化樹脂材を構成する樹脂材料としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維としては炭素繊維が用いられている。
【００３９】
振動波発生検出手段２１は、振動子２２ａ、２２ｂに電圧を印加することにより振動波を発生する。この振動波は、振動方向制御素子２３の内部を伝わる。振動方向制御素子２３の複数本の高弾性繊維２９は、その長さ方向に沿った振動の発生を抑制する。このため振動波は、振動方向制御素子２３の底面２４に向かって伝わる。振動波は、振動方向制御素子２３の内部を主に縦波成分からなる振動波として伝わるので、その振動方向は、振動方向制御素子の底面２４に垂直な方向となる。従って、流量測定対象の流体を移動させる管状体の外側表面に、振動波発生検出手段２１を、その底面２４が管状体の外側表面に接するようにして付設した場合、振動波発生検出手段は、その各々の振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。振動方向制御素子については、特開平７−２８４１９８号公報に詳しい記載がある。
【００４０】
次に、図２の振動波発生検出手段２１の一対を、管状体の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設し、一方の振動波発生検出手段（第一の振動波発生検出手段という）にて振動波を発生して、この振動波を管状体に付与した場合に、他方の振動波発生検出手段（第二の振動波発生検出手段という）にて検出される振動波について説明する。なお、各々の振動波発生検出手段は、振動方向制御素子の高弾性繊維の長さ方向が管状体の長さ方向と一致するように管状体の外側表面に付設した。第二の振動波発生検出手段は、第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上に付設した。
【００４１】
図３は、外径が２ｍｍ、そして内径が１ｍｍのステンレススチール製の管状体の内部に水を満たした状態（水は静止している状態）において、その外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段に印加した電圧の波形（Ｓ１ ）、および第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号の電圧波形（Ｓ２ ）を示す図である。一対の振動波発生検出手段の間隔（第一の振動波発生検出手段の振動方向制御素子の幅方向の中央の位置と、第二の振動波発生検出手段の振動方向制御素子の幅方向の中央の位置との間の距離）は、３００ｍｍに設定した。
【００４２】
図３の電圧波形（Ｓ１ ）に示すように、第一の振動波発生検出手段の各々の振動子には、周波数が５６ｋＨｚ、そして振幅が３０Ｖ（ピークピーク値）である正弦波電圧の４周期を印加した。管状体の壁体は、この正弦波電圧の印加により第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が付与されることにより、管状体の内部で静止している流体と共に振動する。
【００４３】
図３に示すように、第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が、第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ０ ）は１５４μ秒であった。一対の振動波発生検出手段の間隔は３００ｍｍであるため、第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波の速度は約１９４８ｍ／秒となる。
【００４４】
一般に、振動波は、液体中もしくは気体中を縦波としてのみ伝わり、固体中を縦波、横波、あるいは縦波成分と横波成分とを有する波として伝わることが知られている。そして、水を伝わる振動波（縦波）の速度は、約１４５０ｍ／秒であることも知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を伝わる振動波であることがわかる。また、一般に、ステンレススチールを伝わる縦波成分のみからなる振動波の速度は、約５７９０ｍ／秒であることが知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を低速で伝わる横波成分を有する振動波であることがわかる。
【００４５】
次に、このステンレススチール製の管状体の内部の水を、第一の振動波発生検出手段から第二の振動波発生検出手段へと向かう方向に移動させた。
【００４６】
そして、管状体の内部の水を移動させた状態で、振動波が、第一の振動波発生検出手段から管状体の壁体を伝わって、第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ１ ）を測定した。管状体の壁体は、第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が付与されることにより、管状体の内部を移動する流体と共に振動する。前記時間測定の結果、伝達時間（Ｔ１ ）は、管状体内部の水の流れの影響を受けて、水が静止している場合の振動波の伝達時間（図３のＴ０ ）よりも小さな値を示した。なお、第二の振動波発生検出手段にて検出された電圧波形は、図３の電圧波形Ｓ２ との時間差が極僅か（数十ナノ秒程度）であるため、図示は略する。
【００４７】
次いで、振動波が、第二の振動波発生検出手段から管状体の壁体を伝わって、第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ２ ）を測定した。その結果、伝達時間（Ｔ２ ）は、管状体内部の水の流れの影響を受けて、水が静止している場合の伝達時間（Ｔ０ ）よりも大きな値を示した。
【００４８】
そして、このようにして測定した伝達時間（Ｔ１ ）と伝達時間（Ｔ２ ）との差（Ｔ２ −Ｔ１ ）の値が、管状体の内部を移動する流体（水）の流量値と相関があることが判明した。従って、測定された伝達時間の差と、別に用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータを用いて、管状体の内部を移動する流体の流量を測定することができる。
【００４９】
図４は、上記のステンレススチール製の管状体の内部で水を移動させた状態において、電磁流量計により測定された水の流量と、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）により測定された水の流量との関係を示すグラフである。図４に示すように、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により測定された水の流量は、電磁流量計により測定された水の流量とほぼ一致することがわかる。このように、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を測定することができる。
【００５０】
図５は、管状体に振動波を付与するために用いられる振動波発生検出手段の別の構成例を示す図である。振動波発生検出手段５１は、円盤状の振動子５２と、円盤状の振動方向制御素子５３とが積層された構成を有している。
【００５１】
円盤状の振動子５２としては、円盤状の圧電セラミックと、その平面のそれぞれに付設された電極（図示は略する）とから構成される圧電振動子が用いられている。圧電セラミックの直径は１０ｍｍ、そして厚みは１．０ｍｍである。圧電セラミックは、その厚み方向（図５に記入した矢印２７の示す方向）に分極されている。円盤状の振動子５２は、その電極に電圧を印加することにより、円盤の径方向に（円盤面が拡縮するように）振動する。円盤状の振動子が前記のように振動すると、振動子は、そのポアソン比に基づいて厚み方向にも振動する。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成されている。
【００５２】
振動方向制御素子５３としては、樹脂材料シート５８中に複数本の高弾性繊維５９ａがシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、底面５４に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材が用いられている。図５に示すように、振動方向制御素子５３は、複数枚の繊維強化樹脂シートが、隣接する各シートの備える高弾性繊維の長さ方向が互いに直交するように交互に積層された構成を有している。図５に記入した破線５９ｂは、前記の高弾性繊維５９ａを備える繊維強化樹脂シートに隣接する繊維強化樹脂シートが備える高弾性繊維を示している。繊維強化樹脂材の直径は１０ｍｍ、そして厚みは２．５ｍｍである。繊維強化樹脂材を構成する樹脂材料としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維としては炭素繊維が用いられている。
【００５３】
振動方向制御素子５３として用いる繊維強化樹脂材は、その内部の高弾性繊維によって前記円盤状の振動子の円盤の径方向の振動を抑制し、そして振動子の厚み方向に振動する振動波を、選択的に振動方向制御素子の底面５４へと伝える。
【００５４】
次に、図５の振動波発生検出手段５１の一対（第一の振動波発生検出手段及び第二の振動波発生検出手段）を、管状体の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設した。管状体としては、外径が６ｍｍ、そして内径が４ｍｍのアクリル樹脂製の管状体を用いた。
【００５５】
各々の振動波発生検出手段は、その振動方向制御素子の高弾性繊維５９ａの長さ方向と、管状体の長さ方向とのなす角度が４５度になるようにして、管状体の外側表面に付設した。第二の振動波発生検出手段は、第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上に付設した。一対の振動波発生検出手段の間隔（円盤状の第一の振動波発生検出手段の円盤の中心の位置と、円盤状の第二の振動波発生検出手段の円盤の中心の位置との間の距離）は、１００ｍｍに設定した。
【００５６】
そして、管状体の内部に水を満たした状態（水は静止している状態）において、その外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段の振動子に電圧を印加して振動波を発生し、この振動波が第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定した。なお、第一の振動波発生検出手段の振動子には、周波数が２４８ｋＨｚ、そして振幅が３０Ｖ（ピークピーク値）である正弦波電圧の４周期を印加した。
【００５７】
その結果、第一の振動波発生検出手段にて発生した振動波が、第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間（Ｔ０ ）は７３．６μ秒であった。一対の振動波発生検出手段の間隔は１００ｍｍであるため、第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波の速度は、約１３５９ｍ／秒となる。
【００５８】
前記のように、一般に、水を伝わる振動波（縦波）の速度は、約１４５０ｍ／秒であることが知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を伝わる振動波であることがわかる。また、一般に、アクリル樹脂を伝わる縦波成分のみからなる振動波の速度は約２７３０ｍ／秒であることが知られている。従って、上記の第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波は、管状体の壁体を低速で伝わる横波成分を有する振動波であることがわかる。
【００５９】
そして、上記の図２の振動波発生検出手段を用いる場合と同様にして、管状体の内部の水を移動させ、管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間の差の値を用いて水の流量を測定した。その結果、同様に管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により測定された水の流量が、電磁流量計により測定された流量とほぼ一致することが確認できた。このように、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）により、内径の小さな管状体の内部を移動する流体の流量を測定することができる。
【００６０】
従来の超音波流量計においては、管状体の壁体を伝わる振動波は、流量を測定する際のノイズと考えられていた。例えば、特開２０００−１８０２２８号公報には、超音波流量計を用いて流量を測定をする際に、管状体の壁体を伝わる振動波を除去するために、管状体の壁体にフランジ状の音響フィルタを付設する技術について記載されている。
【００６１】
本発明者は、このような管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法について、前記の国際出願をした。管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）は、一対の振動波発生検出手段の間隔を、管状体の内径とは無関係に大きな値に設定することができるため、管状体の内径が小さい場合であっても、その内部を移動する流体の流量を高い精度で測定することができる。また、流量を測定するために、既設の管状体を取り外す必要がない。
【００６２】
このような流量測定方法においては、管状体の内部を移動する流体の影響を受けながら管状体の壁体を伝わる振動波を用いて流体の流量を測定している。このような管状体の壁体を伝わる振動波が、管状体の内部を移動する流体の影響を受ける原因は、次のように推測される。
【００６３】
管状体の壁体を伝わる振動波は、流量測定とは別の分野で利用されている。Ｎ．Ｋａｎａｂｅ等の技術報告（ Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，Ｖｏｌ．９３，Ｎｏ．６，ｐ．３２３５，１９９３−０６）には、超音波振動子により、管状体の壁体をその長さ方向に沿って伝わる振動波を発生させ、この振動波により管状体内部にある粉体を輸送する技術について記載されている。この振動波は、振動方向が管状体の壁体に垂直で、そして管状体の長さ方向に沿って伝わる主として横波成分からなる振動波である。
【００６４】
そして前記の流量測定方法に用いる振動波も、この文献に記載されているように、主として横波成分からなる振動波として、管状体の壁体を伝わっていると理解される。そして管状体の壁体を伝わる振動波は、この振動波の付与によって振動する管状体の壁体が、管状体の内部で流体を移動させた場合に管状体と共に振動する流体において発生するコリオリ力を受けるために、その位相（振動波の伝達時間に対応する）が変化すると理解される。
【００６５】
また、流量測定に用いる振動波としては、上記の主として横波成分からなる振動波のみでなく、管状体の壁体を伝わる様々な振動波を用いることができる。振動波の一例としては、板波が挙げられる。板波とは、縦波と横波が板の上下面（本発明においては、管状体の壁体の外側表面と内側表面）にて反射を繰り返しながら伝わる振動波である。また、板波は、板の上下面において縦波と横波の振動モードの変換を伴いながら板を伝わる振動波である。このように、板（本発明においては、管状体の壁体）を伝わる板波も、本発明の流量測定方法における振動波として用いることができる。
【００６６】
そして、振動波が第一の振動波発生検出手段から第二の振動波発生検出手段に伝わる場合と、第二の振動波発生検出手段から第一の振動波発生検出手段に伝わる場合とで、管状体の壁体が流体から受けるコリオリ力の位相（方向）が１８０度異なるために、振動波が流体の移動方向に沿って壁体を伝わるときには、伝達時間が短くなり、振動波が流体の移動方向とは逆の方向に沿って壁体を伝わるときには、伝達時間が長くなると理解される。そして管状体の壁体は、流体の流量に対応する大きさのコリオリ力を受けるため、壁体を伝わる振動波の伝達時間をもとに管状体の内部を流れる流体の流量が測定できると理解される。なお、流体が気体である場合にもコリオリ力は発生するので、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法により、気体の流量も測定することができる。
【００６７】
次に、本発明の流量測定方法を、改良前の方法と対比させながら、各々の方法により管状体の内部を移動する水の流量を測定した実験結果と共に説明する。実験では、管状体に振動波を付与する振動波発生検出手段として、図６に示す構成の振動波発生検出手段を用いた。
【００６８】
図６は、管状体に振動波を付与するために用いられる振動波発生検出手段の別の構成例を示す斜視図である。振動波発生検出手段６１は、平板状の振動子６２と、平板状の振動方向制御素子６３とが積層された構成を有している。
【００６９】
平板状の振動子６２としては、平板状の圧電セラミックと、その平面のそれぞれに付設された電極（図示は略する）とから構成される圧電振動子が用いられている。圧電セラミックの厚みは１．０ｍｍであり、そしてその平面は一辺が５．５ｍｍの正方形の形状とされている。圧電セラミックは、その厚み方向（図６に記入した矢印２７の示す方向）に分極されている。振動子６２は、その電極に電圧を印加することにより、その平面が拡縮するように振動する。平板状の振動子が前記のように振動すると、振動子は、そのポアソン比に基づいて厚み方向にも振動する。圧電セラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成されている。
【００７０】
振動方向制御素子６３としては、樹脂材料シート中に複数本の高弾性繊維がシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、底面６４に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材が用いられている。振動方向制御素子６３は、複数枚の繊維強化樹脂シートが、隣接する各シートの備える高弾性繊維の長さ方向が互いに直交するように交互に積層された構成を有している。図６に記入した破線の矢印６９ａ、６９ｂは、前記の隣接する繊維強化樹脂シートの各々が備える複数本の高弾性繊維維の長さ方向を示している。繊維強化樹脂材の厚みは２．０ｍｍであり、そしてその平面は一辺が５．５ｍｍの正方形の形状とされている。繊維強化樹脂材を構成する樹脂材料としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維としては炭素繊維が用いられている。図６に示すように、振動波発生検出手段６１の底面６４には、振動波発生検出手段を管状体の外側表面に安定に配置するための溝６７が形成されている。
【００７１】
振動方向制御素子６３として用いる繊維強化樹脂材は、その内部の高弾性繊維によって前記平板状の振動子の平面を拡縮するような振動を抑制し、そして振動子の厚み方向に振動する振動波を、選択的に振動方向制御素子の底面６４へと伝える。
【００７２】
図６の振動波発生検出手段６１は、管状体の外側表面に底面６４が接するように付設された場合、振動方向制御素子６３の複数本の高弾性繊維がその長さ方向に沿った振動の発生を抑制するために、振動子６２で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する。
【００７３】
図７は、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【００７４】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、いずれも改良前の方法を実施するために用意される構造体の構成例を示している。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す各々の構造体は、管状体７７、および管状体７７の外側表面に管状体の長さ方向に沿って付設された第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとから構成されている。各々の振動波発生検出手段としては、図６の振動波発生検出手段が用いられている。
【００７５】
第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとの間隔Ｌは、４０ｍｍに設定されている。そして管状体７７としては、外径が３．１７ｍｍ、そして内径が１．５９ｍｍのフッ素樹脂製の管状体が用いられている。
【００７６】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、改良前の方法においては、第二の振動波発生検出手段６１ｂは、管状体７７の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上に付設されている。
【００７７】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）の構造体の構成は、管状体の配置、あるいは管状体に対する振動波発生検出手段の配置が異なっていること以外は、図７（ａ）の構造体と同様である。
【００７８】
図７（ａ）の構造体においては、管状体７７が水平方向に配置され、そして第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとが、前記管状体の外側表面の頂部に配置されている。以下、管状体が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段が前記管状体の外側表面の頂部に配置されている構造体を、配置Ａの構造体と記載する。
【００７９】
図７（ｂ）の構造体においては、管状体７７が水平方向に配置され、そして第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとが、前記管状体の外側表面の側部に配置されている。以下、管状体が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段が前記管状体の外側表面の側部に配置されている構造体を、配置Ｂの構造体と記載する。
【００８０】
図７（ｃ）の構造体においては、管状体７７が垂直方向に配置され、そして第一の振動波発生検出手段６１ａと第二の振動波発生検出手段６１ｂとが、前記管状体の長さ方向に沿って配置されている。以下、管状体が垂直方向に配置されている構造体を、配置Ｃの構造体と記載する。
【００８１】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）のいずれの構造体によっても、各々の構造体を用いて測定された伝達時間の差と、各々の構造体について用意された超音波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用のデータとを用いて、管状体の内部を移動する流体の流量を問題なく測定することができる。
【００８２】
改良前の方法においては、例えば、図４（ａ）の配置Ａの構造体を用いた流量測定の際に用意された較正用データを用いて、図４（ｂ）の配置Ｂの構造体、あるいは図４（ｃ）の配置Ｃの構造体を用いて測定された伝達時間の差から流量値を決定した場合に、測定された流量値に、配置Ａの構造体を用いて測定された流量値に対して僅かに変動を生じる。すなわち、工場などに既設の管状体に一対の振動波発生検出手段を付設して流量測定用の構造体を用意して流量の測定をした場合に、既設管状体の配置、あるいはこの管状体に対する振動波発生検出手段の配置が、較正用データを用意した構造体と異なる場合には、測定される流量値に僅かに変動を生ずる。この変動の大きさは、通常の使用で問題となるレベルではないが、改良が望まれる。このような流量値の変動が低減されれば、例えば、配置Ａの構造体について用意された較正用のデータと、既設の管状体の配置、あるいはこの管状体に対する振動波発生検出手段の配置が、配置Ａの構造体とは異なる構造体によって測定された伝達時間の差とを用いて、流体の流量を安定に測定することが可能となる。
【００８３】
以下に、改良前の方法における流量値の変動について、実験結果と共に説明する。実験では、図７（ａ）の配置Ａの構造体による流量測定に用いられる較正用のデータを用いて、図７（ｂ）の配置Ｂの構造体、そして図７（ｃ）の配置Ｃの構造体により測定された流量値の、配置Ａの構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。
【００８４】
まず、図７（ａ）の配置Ａの構造体を用いた流量測定のために用意される較正用のデータについて説明する。まず、図７（ａ）の構造体の管状体７７の内部に流体を既知の流量Ｖ０ で移動させる。この既知の流量値は、例えば、構造体の管状体７７に接続された電磁流量計などによって確認する。そして、管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定することにより、伝達時間の差（ΔＴ＝Ｔ２ −Ｔ１ ）を算出する。振動波の伝達時間の差（ΔＴ）と、管状体７７の内部を移動する流体の流量とは相関（ほぼ比例関係）がある。このことから、較正用のデータとしては、電磁流量計で測定された既知の流量値Ｖ０ を、振動波の伝達時間の差ΔＴで除して得られる比例定数ｋ（＝Ｖ０ ／ΔＴ）を用いた。すなわち、管状体７７の内部を移動する流体の流量値は、測定された伝達時間の差の値に、前記の比例定数ｋを乗ずることにより決定することができる。
【００８５】
較正用データとしては、前記の比例定数ｋ以外のものも用いることができる。例えば、振動波の伝達時間の差と、既知の流量との関係を示す較正曲線を用いることもできる。また、較正用データは、測定環境の温度、管状体の歪み、管状体の材料、あるいは測定対象の流体の種類などに対応するデータとすることもできる。
【００８６】
実験では、図７（ａ）の構造体の管状体７７の内部に水を移動させ、管状体７７に接続された電磁流量計（図示は略する）の示す流量値を確認しながら、水の流量を１００ｍＬ（ミリリットル）／分に調整した。図７に記入した矢印７１は、管状体の内部の水の移動方向を示している。次いで、管状体７７の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定して、前記の振動波の伝達時間の差を算出した。なお、振動波発生検出手段の振動子には、振動波を発生するためにパルス電圧（電圧値：３０Ｖ（ピークピーク値）、パルス幅：約４８０ｎ秒）を印加した。
【００８７】
算出された振動波の伝達時間の差と、前記の電磁流量計により設定された流量値（１００ｍＬ／分）とを用いて、較正用データ（比例常数ｋ）を作成した。すなわち、電磁流量計の示す流量値が１００ｍＬ／分である場合には、図７（ａ）の構造体を用いて測定される流量値も１００ｍＬ／分となる。
【００８８】
次に、図７（ｂ）の配置Ｂの構造体の管状体の内部で水を移動させ、管状体７７に接続された電磁流量計（図示は略する）の示す流量値を確認しながら、水の流量を１００ｍＬ／分に調整した。次いで、管状体７７の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定して、前記の振動波の伝達時間の差を算出した。そして測定された伝達時間の差と、図７（ａ）の配置Ａの構造体に用意した較正用データ（前記の比例常数ｋ）を用いて、管状体の内部を移動する水の流量を測定した。その結果、配置Ｂの構造体により測定された水の流量は、９８．３ｍＬ／分であった。
【００８９】
次に、図７（ｃ）の配置Ｃの構造体の管状体の内部で水を移動させ、管状体７７に接続された電磁流量計（図示は略する）の示す流量値を確認しながら、水の流量を１００ｍＬ／分に調整した。次いで、管状体７７の壁体を伝わる振動波の伝達時間を測定して、前記の振動波の伝達時間の差を算出した。そして測定された伝達時間の差と、図７（ａ）の配置Ａの構造体に用意した較正用データ（前記の比例常数ｋ）を用いて、管状体の内部を移動する水の流量を測定した。その結果、配置Ｃの構造体により測定された水の流量は、９７．５ｍＬ／分であった。
【００９０】
このように、配置Ｂの構造体、あるいは配置Ｃの構造体により、配置Ａの構造体に用意された較正用データを用いて測定された流量値は、配置Ａの構造体により測定された流量値（１００ｍＬ／分）に対して僅かに変動を生ずることがわかる。
【００９１】
第１表に、改良前の方法によって、配置Ｂの構造体、あるいは配置Ｃの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、配置Ａの構造体により測定された水の流量値に対する誤差の値を示す。第１表に示すように、配置Ｂの構造体により測定された水の流量値は、配置Ａの構造体により測定された水の流量値に対して、−１．７ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、配置Ｃの構造体により測定された水の流量値は、配置Ａの構造体により測定された水の流量値に対して、−２．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。
【００９２】
このような流量値の誤差の値（変動量）は、通常の流量測定（例えば、工場などに既設の管状体の内部を移動する流体の流量測定など）においては、全く問題とならないレベルである。ただし、このような流量値の変動を低減することができれば、配置Ａの構造体に用意した較正用データを用いて、一対の振動波発生検出手段を、工場などに既設の水平方向、垂直方向、あるいは斜め方向に配置された管状体のいずれに付設した場合、あるいは管状体の表面の頂部、側部、あるいは底部のいずれに付設した場合であっても管状体の内部を移動する流体の流量を高い信頼性で測定することが可能となる。なお、既設の管状体の配置、そしてこの管状体に対する振動波発生検出手段の配置を予め決定しておけば、この配置の構造体に対応する較正用データを用いて流量を測定することにより、このような流量値の変動を生じない。
【００９３】
次に、本発明の流量測定方法（第一の方法）と、第一の方法における流量値の変動について説明する。図８は、本発明の流量の測定方法（第一の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【００９４】
本発明の流量測定方法（第一の方法）は、下記の（１）から（７）の工程を実施することを特徴とする。
（１）管状体７７、この管状体７７の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段６１ａ、および第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段６１ｂを有する構造体を用意する工程。
（２）管状体７７の内部に測定対象の流体を移動させる工程。
（３）第一の振動波発生検出手段６１ａにて振動波を発生させ、この振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段６１ｂに到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（５）第二の振動波発生検出手段６１ｂにて振動波を発生させ、この振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段６１ａに到達するまでの伝達時間を測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。なお、本発明の流量測定方法に含まれるこの（８）の工程は、次の（９）の工程を実施する前であれば、いつ実施してもよい（第一の方法以外についても同様である）。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【００９５】
第一の方法は、改良前の方法と同様に、一対の振動波発生検出手段を管状体の長さ方向に沿って配置する。第一の方法は、改良前の方法に用いられる構造体の第二の振動波発生検出６１ｂを、管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設することに特徴がある。管状体の外側表面に、このように一対の振動波発生検出手段を付設することにより、前記の流量値の変動を低減することができる。図８に示すように、第二の振動波発生検出手段６１ｂは、管状体７７の外側表面の管状体の中心軸に対して、第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線と対称の位置に付設されていることが好ましい。
【００９６】
管状体の中心軸及び管状体外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線を含む面と、管状体の中心軸及び管状体外側表面の第二の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線を含む面とのなす角度は、３０度以上であることが好ましく、９０度以上であることがより好ましく、１８０度（±１０度）であることがさらに好ましい。
【００９７】
図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）の構造体の構成は、第二の振動波発生検出手段６１ｂが、管状体７７の外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線上とは異なる位置（管状体７７の中心軸に対して前記延長線と対称の位置）に付設されていること以外は、それぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の構造体と同様である。
【００９８】
図８（ａ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の頂部に配置されている配置Ａの構造体である。図８（ｂ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の側部に配置されている配置Ｂの構造体である。図８（ｃ）の構造体は、その管状体７７が垂直方向に配置されている配置Ｃの構造体である。
【００９９】
そして、改良前の方法と同様にして、図８（ａ）の配置Ａの構造体に用意された較正用のデータを用いて、図８（ｂ）、そして図８（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図８（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第１表に、図８（ｂ）の配置Ｂの構造体、および図８（ｃ）の配置Ｃの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図８（ａ）の配置Ａの構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第１表に示すように、第一の方法により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１００】
次に、本発明の流量測定方法（第二の方法）と、第二の方法における流量値の変動について説明する。図９は、本発明の流量の測定方法（第二の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【０１０１】
本発明の流量測定方法（第二の方法）は、下記の工程からなる。
（１）管状体７７、管状体７７の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、管状体７７の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段を有する構造体を用意する工程。
（２）管状体７７の内部に測定対象の流体を移動させる工程。
（３）第一の組の各々の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃにて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（４）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄに到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（５）第二の組の各々の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄにて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体７７の壁体に付与する工程。
（６）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第一の組の各々の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃに到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程。
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程。
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程。
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。
【０１０２】
第二の方法は、改良前の方法と同様に、第一の組の振動波発生検出手段と第二の組の振動波発生検出手段とを管状体の長さ方向に沿って配置する。第二の方法は、改良前の方法に用いられる各々の振動波発生検出手段を、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段から構成することに特徴がある。この複数の振動波発生検出手段は、管状体の外周を等分する位置に付設されていることが好ましい。図９に示す構造体においては、各々の組の振動波発生検出手段は、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて、そして管状体の外周を二等分する位置に付設された二つの振動波発生検出手段から構成されている。管状体の外側表面に、このように第一の組の振動波発生検出手段と第二の組の振動波発生検出手段とを付設することにより、前記の流量値の変動を低減することができる。
【０１０３】
第一の組の振動波発生検出手段の備える振動子６２ａ、６２ｃは、電気的に並列に接続されている。第一の組の振動波発生検出手段による振動波の発生は、この並列接続された振動子６２ａ、６２ｃに電圧を同時に印加することにより実施される。第一の組の振動波発生検出手段による、第二の組の振動波発生検出手段にて発生した複数の振動波の検出は、その各々の振動波の到達により、振動子６２ａ、６２ｃのそれぞれにおいて発生する電気信号を、これらの振動子を並列接続することによって電気信号の和として検出することにより実施される。
【０１０４】
なお、振動子の電気的な接続方法（すなわち、振動子に電圧を印加する方法、そして振動子にて発生する電圧を検出する方法）は、第一の組の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃの各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生でき、そしてこの各々の振動波振動波発生検出手段にて発生する電気信号の和を検出することができれば、特に上記の例に限定されるわけではない。
【０１０５】
第二の組の振動波発生検出手段によって振動波の発生、そして検出をする方法は、第一の組の振動波発生検出手段の場合と同様である。
【０１０６】
図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）の構造体の構成は、管状体７７の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段と、第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段とを備えていること以外は、それぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）の構造体と同様である。
【０１０７】
図９（ａ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の頂部に配置されている配置Ａの構造体である。図９（ｂ）の構造体は、その管状体７７が水平方向に配置され、かつ第一の振動波発生検出手段６１ａが前記管状体の外側表面の側部に配置されている配置Ｂの構造体である。図９（ｃ）の構造体は、その管状体７７が垂直方向に配置されている配置Ｃの構造体である。
【０１０８】
そして、改良前の方法と同様にして、図９（ａ）の配置Ａの構造体に用意された較正用のデータを用いて、図９（ｂ）、そして図９（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図９（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第１表に、図９（ｂ）の配置Ｂの構造体、および図９（ｃ）の配置Ｃの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図９（ａ）の配置Ａの構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第１表に示すように、第二の方法により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１０９】
【表１】
このように、本発明の流量測定方法（第一の方法と第二の方法）により、流量値の変動が低減される理由は、下記のように推測される。本発明の流量測定方法においては、流量の測定に管状体の壁体を伝わる振動波を用いている。管状体は、その長さ方向のいずれかの位置にて支持固定されているため、あるいは管状体、その内部を移動する流体、あるいはその外側表面に設置される振動波発生検出手段の質量を受けるために、その壁体内部に歪みを生じる。このような歪みの大きさは、管状体の壁体内部の場所により不均一な値を示す。そして流量測定に用いられる振動波は、振動波の伝わる経路によって異なる大きさの歪みを生じている管状体の壁体を伝わる。このため、振動波の伝わる経路によって、その伝達時間が変動すると理解される。従って、管状体の配置、あるいは管状体に対する振動波発生検出手段の配置により、測定される流量値に変動を生じるものと理解される。
【０１１１】
第一の方法においては、第二の振動波発生検出手段が、管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の外側表面に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設される。このため、振動波が、管状体の長さ方向のみでなく、管状体の外周方向にも伝わるために、前記の管状体の歪みの影響を受け難くなり、測定される流量値の変動が低減されると理解される。
【０１１２】
第二の方法においては、第一の組の各々の振動波発生検出手段にて同時に発生した複数の振動波を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生される電気信号の和として検出する。振動波を前記の電気信号の和として検出することは、管状体の壁体を異なる経路で伝わる振動波をその合成波として検出することを意味している。このため、前記の管状体の歪みの影響を受け難くなり、測定される流量値の変動が低減されると理解される。
【０１１３】
次に、改良前の方法における、管状体の形状により生ずる流量値の変動について説明する。図１０は、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１１４】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、いずれも改良前の方法を実施するために用意される構造体の構成例を示している。図１０（ａ）の構造体の構成は、図７（ａ）の構造体と同一である。
【０１１５】
図１０（ｂ）の構造体の構成は、管状体７７ｂの、流体の移動方向７１に対して上流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１０（ａ）の構造体と同様である。管状体７７ｂは、振動波発生検出手段６１ａの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このように、管状体の上流側が湾曲している構造体を、上流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１１６】
図１０（ｃ）の構造体の構成は、管状体の７７ｃの、流体の移動方向７１に対して下流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１０（ａ）の構造体と同様である。管状体７７ｃは、振動波発生検出手段６１ｂの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このように、管状体の下流側が湾曲している構造体を、下流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１１７】
そして、前記の流量値の変動を確認する実験と同様にして、図１０（ａ）の構造体を用いた流量測定のために用意された較正用のデータを用いて、図１０（ｂ）、そして図１０（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図１０（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第２表に、図１０（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、および図１０（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１０（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。
【０１１８】
第２表に示すように、図１０（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１０（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−２．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、図１０（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１０（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−１．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。
【０１１９】
このような流量値の誤差の値（変動量）は、通常の流量測定においては、全く問題とならないレベルである。このような流量値の変動を低減することができれば、図１０（ａ）の構造体に用意した較正用データを用いて、一対の振動波発生検出手段を、工場などに既設の湾曲部を有する管状体に付設した場合であっても管状体の内部を移動する流体の流量を安定に測定することが可能となる。なお、既設の管状体の形状が既知である場合には、湾曲した管状体を有する構造体に対応する較正用データを用いて流量を測定すれば、このような流量値の変動を生じない。
【０１２０】
図１１は、本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１２１】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）の構造体の構成は、第二の振動波発生検出手段６１ｂが、管状体外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線上とは異なる位置（管状体の中心軸に対して前記延長線と対称の位置）に付設されていること以外は、それぞれ図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）の構造体と同様である。
【０１２２】
そして、改良前の方法と同様にして、図１１（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１１（ｂ）、そして図１１（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図１１（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第２表に、図１１（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、および図１１（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１１（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第２表に示すように、第一の方法により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１２３】
図１２は、本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１２４】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）の構造体の構成は、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段と、第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段とを備えていること以外は、それぞれ図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）の構造体と同様である。
【０１２５】
そして、改良前の方法と同様にして、図１２（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１２（ｂ）、そして図１２（ｃ）の構造体により測定された流量値の、図１２（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第２表に、図１２（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、および図１２（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１２（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第２表に示すように、第二の方法により測定された流量値により測定された流量値の誤差（変動）は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１２６】
【表２】
次に、改良前の方法における、管状体の形状により生ずる流量値の変動についてさらに説明をする。図１３は、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１２８】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）は、いずれも改良前の方法を実施するために用意される構造体の構成例を示している。図１３（ａ）の構造体の構成は、管状体９７ａの第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置と第二の振動波発生検出手段６１ｂの付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図７（ａ）の構造体と同様である。管状体９７ａの有する二つの直線部分の距離は、約２４ｍｍに設定されている。
【０１２９】
図１３（ｂ）の構造体の構成は、管状体の９７ｂの、流体の移動方向７１に対して上流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１３（ａ）の構造体と同様である。管状体９７ｂは、振動波発生検出手段６１ａの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このような、管状体の上流側が湾曲した構造体を、上流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１３０】
図１３（ｃ）の構造体の構成は、管状体の９７ｃの、流体の移動方向７１に対して下流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１３（ａ）の構造体と同様である。管状体９７ｃは、振動波発生検出手段６１ｂの底面の中央の位置から、約６５ｍｍ離れた位置にて湾曲している。このような、管状体の下流側が湾曲した構造体を、下流側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１３１】
図１３（ｄ）の構造体の構成は、管状体の９７ｄの、流体の移動方向７１に対して上流側の部分及び下流側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲していること以外は、図１３（ａ）の構造体と同様である。このような、管状体の上流側及び下流側が湾曲した構造体を、両側湾曲タイプの構造体と記載する。
【０１３２】
そして、前記の流量値の変動を確認する実験と同様にして、図１３（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）の構造体により測定された流量値の、図１３（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第３表に、図１３（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、図１３（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体、そして図１３（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１３（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。
【０１３３】
第３表に示すように、図１３（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１３（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−１．２ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、図１３（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１３（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−０．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。同様に、図１３（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値は、図１３（ａ）の構造体により測定された水の流量値に対して、−０．５ｍＬ／分の誤差を生じていることがわかる。
【０１３４】
このような流量値の誤差の値（変動量）は、通常の流量測定においては、全く問題とならないレベルである。このような流量値の変動を低減することができれば、図１３（ａ）の構造体に用意した較正用データを用いて、一対の振動波発生検出手段を、工場などに既設の管状体の湾曲部を挟むように付設し、さらに管状体の上流側、下流側もしくは両側が、管状体の中心軸に沿って湾曲している場合であっても管状体の内部を移動する流体の流量を安定に測定することが可能となる。このように、管状体の湾曲部においても流量値を安定に測定することができると、既設の管状体が流量計を設置するための十分な直管部分を備えていない場合にも安定な流量測定が可能となる。
【０１３５】
図１４は、本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１３６】
図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）の構造体の構成は、第二の振動波発生検出手段６１ｂが、管状体外側表面の第一の振動波発生検出手段６１ａの付設位置から伸びる延長線上とは異なる位置（管状体の中心軸に対して前記延長線と対称の位置）に付設されていること以外は、それぞれ図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）の構造体と同様である。
【０１３７】
そして、改良前の方法と同様にして、図１４（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）の構造体により測定された流量値の、図１４（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第３表に、図１４（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、図１４（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体、そして図１４（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１４（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第３表に示すように、第一の方法により測定された流量値の誤差は、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１３８】
図１５は、本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【０１３９】
図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）の構造体の構成は、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段と、第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段とを備えていること以外は、それぞれ図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）の構造体と同様である。
【０１４０】
そして、改良前の方法と同様にして、図１５（ａ）の構造体に用意された較正用のデータを用いて、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）の構造体により測定された流量値の、図１５（ａ）の構造体により測定された流量値に対する変動の大きさを評価した。第３表に、図１５（ｂ）の上流側湾曲タイプの構造体、図１５（ｃ）の下流側湾曲タイプの構造体、そして図１５（ｄ）の両側湾曲タイプの構造体により測定された水の流量値と、測定された各々の流量値の、図１５（ａ）の構造体により測定された流量値に対する誤差の値を示す。第３表に示すように、第二の方法により測定された流量値の誤差が、改良前の方法の場合と較べて小さな値を示すことがわかる。
【０１４１】
【表３】
次に、本発明の流量測方法（第二の方法）の実施に好ましく用いることのできる流量測定用の構造体について説明する。図１６は、本発明の流量測定用の構造体の構成例と、その使用の態様とを説明する図である。図１６（ａ）は構造体の平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した構造体の断面図であり、そして図１６（ｃ）は、図１６（ａ）に記入した切断線ＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した構造体の断面図である。
【０１４３】
図１６の流量測定用の構造体は、上側部分と下側部分とに分離可能な細長い形状の容器１０９の内部に、前記の容器上側部分１０９ａの内側面と容器下側部分１０９ｂの内側面とのそれぞれに固定され、容器１０９の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から容器１０９の長さ方向に沿って間隔をあけて前記の容器上側部分１０９ａの内側面と容器下側部分１０９ｂの内側面とのそれぞれに固定され、容器１０９の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段が収容されてなる構成を有している。そして、前記の各々の振動波発生検出手段は、振動子６２と、振動子６２で発生した振動波を主として容器１０９の長さ方向に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子６３とから構成されている。
【０１４４】
振動波発生検出手段６１ａ、６１ｄは、支持板１０７ａを介して前記の容器上側部分１０９ａの内側面に固定されている。同様に、振動波発生検出手段６１ｃ、６１ｂは、支持板１０７ｂを介して前記の容器下側部分１０９ｂの内側面に固定されている。各々の振動波発生検出手段には、その振動子６２に電圧を印加するためのリード線１０８が付設されている。
【０１４５】
支持板１０７ａ、１０７ｂは、各々の振動波発生検出手段にて発生した振動波の容器１０９の側への伝達を防止するために、音響インピーダンスの値が、振動子６２の示す音響インピーダンスの値に対して差の大きな材料から形成することが好ましい。このような材料の例としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、およびポリウレタン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。各々の振動波発生検出手段を、容器の内側面に直接固定する場合には、容器、もしくは容器の内側面を前記の支持板を形成する材料と同様の材料から形成することが好ましい。
【０１４６】
図１６の構造体は、振動波発生検出手段６１ａ、６１ｄが固定された容器上側部分１０９ａと、振動波発生検出手段６１ｃ、６１ｂが固定された容器下側部分１０９ｂとにより、既設の管状体７７を挟んだ状態で固定するという簡単な操作により、管状体７７の内部を移動する流体の流量測定を始めることができる。容器上側部分１０９ａと容器下側部分１０９ｂとは、ねじ１０６を用いて互いに固定する。
【０１４７】
図１７は、本発明の流量測定用の構造体の別の構成例を示す斜視図である。図１７の流量測定用の構造体は、一対の透孔１７１を備えた容器１７９、前記の一対の透孔１７１を通って容器１７９に一部分が収容されている内部に流量測定対象の流体を移動させる管状体９７ｄ、容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段６１ａ、６１ｃからなる第一の組の振動波発生検出手段、および第一の組の振動波発生検出手段から管状体９７ｄの長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段６１ｂ、６１ｄからなる第二の組の振動波発生検出手段などから構成されている。そして前記の各々の振動波発生検出手段は、振動子６２と、振動子６２で発生した振動波を主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子６３とから構成されている。
【０１４８】
図１７に示す構造体の管状体９７ｄは、第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段との間に、前記の管状体の中心軸を含む対称面内にて中心軸が湾曲している湾曲部１７２を備えている。図１７に示すように湾曲部の形状は、Ｕ字形状であることが好ましい。管状体がこのような湾曲部を有していると、振動波の伝達距離（第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との間の距離）を長く設定した場合であっても、流量測定用の構造体のサイズを小さくすることができる。
【０１４９】
図１７の構造体は、測定対象の流体が移動する管状体の長さが短い場合、例えば、近接配置されたポンプとバルブとを接続している管状体の内部を移動する流体の流量を測定する場合に、このような管状体に代えて構造体を設置することにより、充分に高い精度で流体の流量を測定をすることができる。
【０１５０】
図１７に示すように、管状体の湾曲部１７９及びその延長部の一部は、容器１７９の内側面に付設され、前記対称面に垂直な一対の支持面１７３を備える支持部材１７４の前記一対の支持面１７３によって狭まれた状態で固定されていることも好ましい。このように管状体の湾曲部、あるいは管状体の湾曲部及びその延長部の一部を支持部材により支持することにより、流量測定の際にノイズとなる外部振動の影響を低減することができる。
【０１５１】
支持部材１７４は、管状体９７ｄの壁体を伝わる振動波の支持部材１７４への伝達を防止するために、音響インピーダンスの値が、管状体９７ｄの示す音響インピーダンスの値に対して差の大きな材料から形成することが好ましい。このような材料としては、樹脂材料、あるいは発泡樹脂材料を用いることが好ましい。樹脂材料の代表例としては、シリコーン樹脂、およびポリウレタン樹脂が挙げられる。
【０１５２】
以下に、本発明の流量測定方法を実施するために用意される構造体の振動波発生検出手段などについて説明する。
【０１５３】
振動波発生検出手段としては、管状体の壁体に振動波を付与、そして検出することが可能であれば、その構成に特に制限はない。従って、振動波発生検出手段としては、従来の超音波流量計に用いられている公知の超音波発生検出手段、例えば、前記のリング状の超音波振動子から構成された超音波発生検出手段、あるいは振動子と超音波（振動波）伝搬材から構成された振動波発生検出手段などを用いることができる。超音波伝搬材は、通常、音響インピーダンスの値が、振動子の音響インピーダンスの値と、管状体の音響インピーダンスの値との間にある樹脂材料あるいは金属材料などから形成される。このような材料から超音波伝搬材を形成することにより、管状体の外側表面における振動波の反射を低減して、振動波を効率良く管状体の壁体に伝えることができる。
【０１５４】
本発明においては、振動波を効率良く壁体に付与するために、各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子を含む構成を有していることが好ましい。そして、振動方向制御素子により振動波の振動方向を制御することにより、振動波発生検出手段が、振動子で発生した振動波を主として壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として、壁体に付与することが好ましい。このような振動波を用いることにより、振動波を効率良く壁体に付与することができる。なお、管状体の壁体に対して垂直な方向とは、壁体の法線とのなす角度が１０度未満、好ましくは５度未満である方向を意味する。
【０１５５】
振動波発生検出手段により壁体に付与する振動波の周波数は、一般に超音波と呼ばれる２０ｋＨｚ以上の周波数に限定される訳ではない。壁体に付与する振動波としては、周波数が１０ｋＨｚ乃至３ＭＨｚの範囲にある振動波、あるいはパルス状の振動波を好ましく用いることができる。振動波を管状体の壁体に効率良く付与するために、振動波の周波数を、管状体の固有振動数、あるいは管状体とその内部にある流体を一体とする固有振動数と一致させることが好ましい。これらの固有周波数は、例えば、有限要素法を用いた解析用のソフトウエア「ＡＮＳＹＳ」（ＡＮＳＹＳ社製）を用いたシミュレーションにより決定することができる。
【０１５６】
振動子の例としては、電歪振動子、および磁歪振動子が挙げられる。電歪振動子の例としては、圧電振動子、および圧電振動子を一対の金属部材でボルト締めした構成のランジュバン型振動子が挙げられる。磁歪振動子の例としては、金属磁歪振動子、およびフェライト振動子が挙げられる。振動子としては、その構成が簡単であることから、電歪振動子（特に、圧電振動子）を用いることが好ましい。
【０１５７】
振動方向制御素子としては、樹脂材料シート中に複数本の高弾性繊維がシート平面に沿って平行に整列配置された繊維強化樹脂シートの複数枚が、その底面（管状体の外側表面と接する面）に垂直な方向に積層、そして一体化された構成の繊維強化樹脂材を用いることが好ましい。
【０１５８】
樹脂材料の例としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびポリカーボネート樹脂が挙げられる。
【０１５９】
高弾性繊維の例としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、およびポリアミド繊維が挙げられる。
【０１６０】
各々の振動波発生検出手段と管状体との接触面には、この接触面における振動波の反射を防止するために、グリースやワセリンなどの接触媒質からなる薄い層を付設することが好ましい。
【０１６１】
また、管状体の外側表面に付設された振動波発生検出手段により、管状体の壁体を伝わる振動波の伝達時間の測定は、一方の振動波発生検出手段にて振動波の発生を開始してから、他方の振動波発生検出手段にて振動波に対応する電気信号の検出が開始されるまでの時間に限定されない。例えば、振動波の伝達時間を、一方の振動波発生検出手段にて振動波の発生を開始してから、他方の振動波発生検出手段にて検出される電気信号の電圧値が、所定のしきい値を超えたのちに零となるまでの時間としても、伝達時間の差を算出すれば、上記の伝達時間の差（Ｔ２ −Ｔ１ ）と同じ値が得られるからである。このようにして伝達時間を測定し、そして伝達時間の差を得る方法は、ゼロクロス法とよばれており、従来の超音波流量計において流体中を伝わる超音波の伝達時間の差を得るために一般的に用いられている方法である。
【０１６２】
すなわち、本明細書において、振動波の伝達時間とは、一方の振動波発生検出手段にて発生した振動波の波形の特定の位置を時間計測の開始点として、他方の振動波発生検出手段にて検出された振動波の波形の特定の位置を時間計測の終了点として計測された時間を意味する。
【０１６３】
振動波の伝達時間は、上記他方の振動波検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号を、Ａ−Ｄ変換器（アナログ−デジタル変換器）を用いてデジタル信号に変換し、これをＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて演算処理して決定することが好ましい。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明の流量測定方法においては、管状体の内部を移動する流体の影響を受けながら管状体の壁体を伝わる振動波を用いて流体の流量を測定している。このため、流体の流量と相関のある振動波の伝達時間を測定するための一対の振動波発生検出手段の間隔を、管状体の内径とは無関係に長く設定することができる。従って、本発明の測定方法により、内径が小さな管状体の内部を移動する流体の流量を高い精度で測定することができる。そして本発明の流量測定方法を実施するために、既設の管状体を取り外す必要はない。さらに、本発明の流量測定方法は、既設の管状体の形状や配置、あるいは管状体に対する振動波発生検出手段の付設位置によらずに、高い精度で流体の流量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の流体の流量測定方法を説明する断面図である。
【図２】振動波発生検出手段の構成例を示す斜視図である。
【図３】ステンレススチール製の管状体の内部に水を満たした状態（水は静止している状態）において、その外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段の振動子に印加した電圧の波形（Ｓ１ ）、および第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号の電圧波形（Ｓ２ ）を示す図である。
【図４】ステンレススチール製の管状体の内部で水を一方の方向に移動させた状態において、電磁流量計により測定された水の流量と、管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）により測定された水の流量との関係を示すグラフである。
【図５】振動波発生検出手段の別の構成例を示す図である。
【図６】振動波発生検出手段の別の構成例を示す斜視図である。
【図７】管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用意される流量測定用の構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【図８】本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【図９】本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される構造体の構成例、及びその管状体と振動波発生検出手段の配置を説明する図である。
【図１０】管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用いられる流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１１】本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１２】本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１３】管状体の壁体を伝わる振動波を用いた流量測定方法（改良前の方法）を実施するために用いられる流量測定用の構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１４】本発明の流量測定方法（第一の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１５】本発明の流量測定方法（第二の方法）を実施するために用意される構造体の別の構成例、及びその管状体の形状を説明する図である。
【図１６】本発明の流量測定用の構造体の構成例と、その使用の態様とを説明する図である。
【図１７】本発明の流量測定用の構造体の別の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 超音波発生検出手段
２ａ、２ｂ 超音波振動子
３ａ、３ｂ 超音波伝搬材
４ａ、４ｂ 底面
５ａ、５ｂ 斜面
６ 管状体の壁体
７ 流体の移動方向を示す矢印
９ 超音波の伝わる経路を示す破線
９ａ、９ｂ 超音波の伝わる方向を示す矢印
２０ 振動子の振動方向を示す矢印
２１ 超音波発生検出手段
２２ａ、２２ｂ 振動子
２３ 振動方向制御素子
２４ 底面
２７ 分極方向を示す矢印
２８ 樹脂材料シート
２９ 高弾性繊維
Ｔ０ 管状体内部の水が静止状態にある場合の振動波の伝達時間
Ｓ１ 第一の振動波発生検出手段に印加した電圧の波形
Ｓ２ 第二の振動波発生検出手段にて検出された振動波に対応する電気信号の電圧波形
５１ 振動波発生検出手段
５２ 振動子
５３ 振動方向制御素子
５４ 底面
５８ 樹脂シート
５９ａ、５９ｂ 樹脂材料
６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ 振動波発生検出手段
６２ 振動子
６３ 振動方向制御素子
６４ 底面
６９ａ、６９ｂ 高弾性繊維の長さ方向を示す矢印
７１ 流体の移動方向を示す矢印
７７、７７ｂ、７７ｃ 管状体
９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄ 管状体
１０６ ねじ
１０７ａ、１０７ｂ 支持板
１０８ リード線
１０９ 容器
１０９ａ 容器上側部分
１０９ｂ 容器下側部分
１７１ 容器の透孔
１７２ 管状体の湾曲部
１７３ 支持面
１７４ 支持部材
１７９ 容器
Claims (15)
- 下記の工程を含む管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法：
（１）管状体、該管状体の外側表面に付設された第一の振動波発生検出手段、および該第一の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、かつ該管状体の外側表面の第一の振動波発生検出手段の付設位置から管状体の長さ方向に沿って伸びる延長線上とは異なる位置に付設された第二の振動波発生検出手段を備えた構造体を用意する工程；
（２）管状体の内部で測定対象の流体を一方の方向に移動させる工程；
（３）第一の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、この振動波を管状体の壁体に付与する工程；
（４）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程；
（５）第二の振動波発生検出手段にて振動波を発生させ、この振動波を管状体の壁体に付与する工程；
（６）上記振動波が、該振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を測定する工程；
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程；
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程；
および
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。 - 第二の振動波発生検出手段が、管状体の外側表面の該管状体の中心軸に対して、第一の振動波発生検出手段の付設位置から伸びる延長線と対称の位置に付設されている請求項１に記載の流量測定方法。
- 管状体の第一の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している請求項１もしくは２に記載の流量測定方法。
- 管状体の第一の振動波発生検出手段の付設位置と第二の振動波発生検出手段の付設位置との管状体の中心軸に沿った両外側部分のうちの少なくとも一方の側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の流量測定方法。
- 各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子とを含み、該振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の流量測定方法。
- 下記の工程を含む管状体の内部を移動する流体の流量の測定方法：
（１）管状体、該管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および該第一の組の振動波発生検出手段から管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて、該管状体の外周に沿って互いに間隔をあけて付設された複数の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段を備えた構造体を用意する工程；
（２）管状体の内部で測定対象の流体を一方の方向に移動させる工程；
（３）第一の組の各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体の壁体に付与する工程；
（４）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第二の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第二の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程；
（５）第二の組の各々の振動波発生検出手段にて振動波を同時に発生させ、これらの複数の振動波を管状体の壁体に付与する工程；
（６）上記複数の振動波が、該複数の振動波の付与によって、移動する流体と共に振動する壁体を伝わって第一の組の振動波発生検出手段に到達するまでの伝達時間を、前記複数の振動波の到達を、その各々の振動波が第一の組の各々の振動波発生検出手段に到達することにより発生する電気信号の和として検出することにより測定する工程；
（７）上記（４）の工程で測定した伝達時間と、上記（６）の工程で測定した伝達時間との差を算出する工程；
（８）上記（１）の工程で用いた構造体もしくは該構造体の均等物の管状体の内部にて、上記（２）の工程で用いた流体もしくは該流体の均等物を、既知の流量で一方の方向に移動させて、上記（３）と（４）に記載の測定、そして上記（５）と（６）に記載の測定を行ない、次いで上記（７）に記載の伝達時間の差を算出して作成した、振動波の伝達時間の差と流量との関係を示す較正用データを用意する工程；
および
（９）上記（７）の工程で算出した伝達時間の差と、上記（８）の工程で用意した較正用データとを用いて、上記（２）の工程で移動した流体の流量を決定する工程。 - 各々の組の複数の振動波発生検出手段が、管状体の外周を等分する位置に付設されている請求項６に記載の流量測定方法。
- 管状体の第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との間の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している請求項６もしくは７に記載の流量測定方法。
- 管状体の第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との管状体の中心軸に沿った両外側部分のうちの少なくとも一方の側の部分が、管状体の中心軸に沿って湾曲している請求項６乃至８のうちのいずれかの項に記載の流量測定方法。
- 各々の振動波発生検出手段が、振動子と振動方向制御素子とを含み、該振動子で発生した振動波を、主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波として管状体に付与する請求項６乃至９のうちのいずれかの項に記載の流量測定方法。
- 上側部分と下側部分とに分離可能な細長い形状の容器の内部に、前記の容器上側部分の内側面と容器下側部分の内側面とのそれぞれに固定され、該容器の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および該第一の組の振動波発生検出手段から該容器の長さ方向に沿って間隔をあけて前記の容器上側部分の内側面と容器下側部分の内側面とのそれぞれに固定され、該容器の長さ方向に垂直な方向に沿って互いに対向するように配置された一対の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段が収容されてなり、前記の各々の振動波発生検出手段が、振動子と、該振動子で発生した振動波を主として該容器の長さ方向に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子とから構成されていることを特徴とする流量測定用の構造体。
- 一対の透孔を備えた容器、前記の一対の透孔を通って該容器に一部分が収容されている内部に流量測定対象の流体を移動させる管状体、該容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段からなる第一の組の振動波発生検出手段、および該第一の組の振動波発生検出手段から該管状体の長さ方向に沿って間隔をあけて配置され、該容器内部の管状体の外周に沿って、かつ管状体の中心軸に対して対称の位置に付設された一対の振動波発生検出手段からなる第二の組の振動波発生検出手段を備え、前記の各々の振動波発生検出手段が、振動子と、該振動子で発生した振動波を主として管状体の壁体に対して垂直な方向に振動する振動波とする振動方向制御素子とから構成されていることを特徴とする流量測定用の構造体。
- 管状体が、その第一の組の振動波発生検出手段の付設位置と第二の組の振動波発生検出手段の付設位置との間に、前記管状体の中心軸を含む対称面内にて中心軸が湾曲している湾曲部を有していることを特徴とする請求項１２に記載の流量測定用の構造体。
- 湾曲部の形状がＵ字状の形状にある請求項１３に記載の流量測定用の構造体。
- 管状体の湾曲部、もしくは管状体の湾曲部及びその延長部の一部が、容器の内側面に付設され、前記対称面に垂直な一対の支持面を備える支持部材の該一対の支持面によって狭まれた状態で固定されている請求項１３もしくは１４に記載の流量測定用の構造体。
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| CN107422144A (zh) * | 2016-05-19 | 2017-12-01 | 西克工程有限公司 | 用于确定管路中流动的流体的流动速度的测量装置和方法 |
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| CN107422144B (zh) * | 2016-05-19 | 2019-12-10 | 西克工程有限公司 | 用于确定管路中流动的流体的流动速度的测量装置和方法 |
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