JP2009058404A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の超音波流量計では、圧電体振動子２又は３から振動子とバック材との境界面やバック材の端面から反射波が干渉することによって、誤動作が発生し、計測液体の正確な流量が計測できないという問題がある。
【解決手段】 計測管筐体６にコ字状の流路７が形成され、このコ字状の流路７の直線状流路７ａを介して対向する位置の一方に振動体８の両側に内部電極９，１０とバッキング材１１とから構成された積層構造の圧電セラミックス１２を装着し、この圧電セラミックス１２に対向して、振動体１３の両側に内部電極１４，１５とバッキング材１６とから構成された積層構造の圧電セラミックス圧電セラミックス１７を装着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測液体を流す管体に対向して装着した圧電セラミックスの少なくとも一方に内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスを装着した超音波流量計に関するものである。

従来のこの種の超音波流量計としては、図５に示すように、コ字状に構成された管体１の直線部１ａの両側部にそれぞれ圧電体振動子２、３が装着され、管体１の一端に計測液体流入口４を設け、管体１の他端に計測液体流出口５を設け、計測液体流入口４から入れた計測液体が管体１を通って計測液体流出口５から流出するように構成し、管体１の直線部１ａを通して圧電体振動子２から超音波を照射し、この超音波を圧電体振動子３で受信し、又、管体１の直線部１ａを通して圧電体振動子３から超音波を照射し、この超音波を圧電体振動子２で受信し、圧電体振動子２から圧電体振動子３に超音波が到達する時間と圧電体振動子３から圧電体振動子２に超音波が到達する時間との時間差によって、管体１を流れる計測液体の流量を計測するように構成された装置が提案されている。

このように構成された従来の超音波流量計では、圧電体振動子２又は３から振動子とバック材との境界面やバック材の端面から反射波が干渉することによって、誤動作が発生し、計測液体の正確な流量が計測できないという問題がある。
特願２００６−３２９８２０

従来の超音波流量計では、圧電体振動子２又は３から振動子とバック材との境界面やバック材の端面から反射波が干渉することによって、誤動作が発生し、計測液体の正確な流量が計測できないという問題がある。

本発明では、計測液体を流す管体と、該管体の対向する位置にそれぞれ圧電セラミックスを設置して、前記圧電セラミックスで交互に送受信し、前記圧電セラミックス間でそれぞれ到達する超音波の時間差から前記計測液体の流量を計測するようにした前記圧電セラミックスの少なくとも一方を内部電極を有する積層構造とするものである。

本発明の超音波流量計では、超音波を送受波する圧電セラミックスの一方又は両方に、振動体とバッキング材を同一組成とする内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスを用いることにより、振動体の背面に漏れた超音波による不要な反射エコーを低減し、計測精度を向上することができるという利点がある。

本発明では、管体は計測液体を流し、超音波を送受波する圧電セラミックスの一方又は両方に、振動体とバッキング材を同一組成とする内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスを用い、一方の積層構造の圧電セラミックスから超音波を送信し、他方の圧電セラミックスで送信された超音波を受信することにより、前記管体に流される前記計測液体の流量を計測する。

図１は本発明の実施例の超音波流量計の側面図で、計測管筐体６にコ字状の流路７が形成され、このコ字状の流路７の直線状流路７ａを介して対向する位置の一方に振動体８の片側に電極９を設け、他方の側に内部電極１０を設け、内部電極１０にバッキング材１１を設けた積層構造の圧電セラミックス１２を装着し、この圧電セラミックス１２に対向して、振動体１３の片側に電極１４を設け、他方の側に内部電極１５を設け、内部電極１５にバッキング材１６をもうけた積層構造の圧電セラミックス１７を装着する。

このように構成された本実施例の超音波流量計では、計測筐体６の流路７に計測流体が流され、圧電セラミックス１２からから超音波が照射されると、超音波は流路７に流れる計測流体を横切り、圧電セラミックス１７に入力され、又、圧電体セラミックス１７から照射された超音波は流路７を通り、計測流体を横切って圧電セラミックス１２に入力されので、この圧電セラミックス１２から照射されて圧電セラミックス１７に入力されるまでの超音波が移動する時間と圧電セラミックス１７から照射され、圧電セラミックス１２に入力されるまでの超音波が移動する時間の差から流路７を流れる計測流体の流量を計測することができ、この場合、積層構造の圧電セラミックス１２では、振動体８の背面に漏れた超音波による不要な反射エコーはバッキング材１１によって低減され、又、積層構造の圧電セラミックス１７では、振動体１３の背面に漏れた超音波による不要な反射エコーはバッキング材１６によって低減されるので、計測精度を向上することができる。

なお、上記実施例において、圧電セラミックス１２、１７は、振動体８、１３として、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムのような圧電性を有するセラミックス材料を使用し、振動体８、１３の背面にそれぞれ振動体８、１３と同一素材のセラミックス材料を用いてバッキング材１１、１６を構成することにより、振動体８、１３とバッキング材１１、１６との接合面での反射波を抑制して、精度良く流量を計測することができる。

図２は本発明の他の実施例の超音波流量計の側面図で、６は計測管筐体、７はコ字状の流路、７ａは直線状流路、１２は積層構造の圧電セラミックスで、これらの構成は上記実施例と同じであるので説明は省略するが、本実施例では、送信用の積層構造の圧電セラミックス１２と平行に受信用の通常の圧電セラミックス１８を装着し、又、送信用の圧電セラミックス１２と対向して受信用の通常の圧電セラミックス１９を装着し、通常の圧電セラミックス１９と平行に送信用の積層構造の圧電セラミックス２０を装着する。

このように構成した本実施例では、送信用の圧電セラミックス１２、２０に振動体とバッキング材が同一材料の圧電セラミックスを用い、送信用と受信用に分けることにより、精度が向上する。

図３は本発明のさらに他の実施例の超音波流量計の側面図で、６は計測管筐体、７はコ字状の流路、７ａは直線状流路、１２は積層構造の圧電セラミックス、１７は積層構造の圧電セラミックスで、これらの構成は上記実施例と同じであるので説明は省略するが、本実施例では、直線状流路７ａの側部の対向する位置に積層構造の圧電セラミックス２１，２２を装着したものである。

このように構成した本実施例では、直線状流路７ａの側部に積層構造の圧電セラミックス２１，２２を装着することにより、圧電セラミックス２１，２２で超音波の送受信をして、超音波の伝搬時間差を計測して音速を計測し、圧電セラミックス１２，１７による超音波の伝搬時間差で計測した流量、流速の計測結果に音速の補正を加えて、より正確な流量、流速の計測を行うことができる。

図４は本発明のさらに他の実施例の超音波流量計の側面図で、６は計測管筐体、７ａは直線状流路で、これらの構成は上記実施例とおなじであるので、説明は省略するが、本実施例では、計測管筐体６のコ字状の流路７の直線状流路７ａに三角状の凹部７ｂ、７ｃを形成し、これらの三角状の凹部７ｂ、７ｃの対向する面７ｄ、７ｅの背後の計測管筐体６に圧電セラミックス２３，２４を装着し、すくなくとも一方の圧電セラミックスを積層構造の圧電セラミックスとする。

このように構成した本実施例においても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施例の超音波流量計は各種製造プロセスや家庭、その他多くの需要者における液体やガスの流量の計測や監視に用いられる。

図１は本発明の実施例の超音波流量計の側面断面図である。 図２は本発明の他の実施例の超音波流量計の側面断面図である。 図３は本発明のさらに他の実施例の超音波流量計の側面断面図である。 図４は本発明のさらに他の実施例の超音波流量計の側面断面図である。 図５は従来の超音波流量計の側面図である。

符号の説明

６ 計測管筐体
７ コ字状の流路
７ａ 直線状流路
８、１３ 振動体
９、１０ 電極
１１、１６ バッキング材
１２、１７ 積層構造の圧電セラミックス
１４，１５ 電極
１８、１９ 通常の圧電セラミックス
２０、２１，２２ 積層構造の圧電セラミックス
２３，２４ 積層構造の圧電セラミックス

Claims (7)

1. 計測液体を流す管体と、該管体の対向する位置にそれぞれ圧電セラミックスを設置して、前記圧電セラミックスで交互に送受信し、前記圧電セラミックス間でそれぞれ到達する超音波の時間差から前記計測液体の流量を計測するようにした前記圧電セラミックスの少なくとも一方が内部電極を有する積層構造であることを特徴とする超音波流量計。
2. 前記内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスは背面のバッキング材と振動体とを同一の組成にすることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
3. 前記内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスは、材料がチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることを特徴とする請求項１及び２記載の超音波流量計。
4. 前記内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスは、材料がチタン酸バリウムを主成分とすることを特徴とする請求項１及び２記載の超音波流量計。
5. 前記内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスは、振動体、バッキング材及び内部電極が一体焼成により形成されることを特徴とする請求項１乃至４記載の超音波流量計。
6. 前記内部電極を有する積層構造の圧電セラミックスは、バッキング材の外面に超音波の波長の１／４よりも大きい凹凸を設けることを特徴とする請求項１乃至５記載の超音波流量計。
7. 前記管体の対向する位置にそれぞれ設置された圧電セラミックスの側部に他の圧電セラミックスをそれぞれ装着し、それぞれ対向する前記圧電セラミックスの超音波を送信する側の圧電セラミックスを積層構造とすることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。

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