JP2009085814A - 流体の流れ計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、帯電しやすい整流部分を、流量計測流路と電気的に導通させる導通手段を設けることにより、塵埃の影響を受けない高性能な超音波振動子を用いた流体の流れ計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波振動子１４、１５間に被測定流体の流れを整流する流れに対し略並行で、かつ、超音波振動子１４、１５から発信される超音波を遮らないように配設した整流板１７を有する整流部材１６を配設しているので、流体の流量を安定して正確に計測することができ、整流板１７と前記流量計測流路１１を電気的に導通する導通手段を設けているので、整流板１７の帯電を防止でき、整流板１７に測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着を低減することによって、長期に安定して、被測定流体の流速および／または流量を測定することができるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波振動子およびそれを用いて発生させた超音波により気体の流量や流速の計測を行う流体の流れ計測装置に関するものである。

従来この種の流れ計測装置における超音波振動子にあっては、例えば図５に示すように、流体の流入孔１と、流量計測部５と、流体の流出孔２とからなり、前記流入孔１と前記流量計測部５との間に、流入側整流部３を設け、かつ、前記流量計測部５と前記流出孔２との間に、流出側整流部４を設け、流入側と流出側とが対称となるよう構成したものがあった（例えば、特許文献１参照）。そしてこの従来の流れ計測装置では、流入側から流体を順流で流した時も、流出側から流体を逆流で流した時も、流体の流量を安定して正確に計測することができる。また、流量計測装置の取付け方向が限定されるということがなくなる。さらに、流体に圧力変動がある場合にも、流量計測装置に方向性がなく対称であるため、順流で流した時も、逆流で流した時も、正確に計測することができる。

また図６に示すように、前記整流部をチャンバ６と整流部材７、８とで構成していた。この場合、流入側から流体を流した時も、流出側から流体を逆流させた時も、前記チャンバ６部で流体が一度拡大した後、縮小するので、流体が流路内を非常に安定して流れる。また、整流部材７で流れが整流されるため、流体が流路内を非常に安定して流れる。特に、流量計測部５内では安定して流れるので、正確に流体の流量を計測することができる。
特開２００１−１３３３０７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、整流部材７、８は、流量計測部５の計測性能に大きく影響を与え、形状がどうしても複雑になり、図７に示す、整流部分を構成するメッシュ９やハニカム１０を保持するケースの構成部材の一部あるいは全体に樹脂材料が用いられ、整流部材７の整流部分が電気的に絶縁されることにより、計測する流体によって、整流部分が帯電してしまい、整流部分の表面に塵埃が付着しやすくなるという課題があった。そして、超音波を整流部材の整流部分を通過させて、超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測定流体の流速および／または流量を測定するようにした流体の流れ計測装置においては、整流部分の表面に塵埃が付着すると、整流部分の圧損が大きくなくても、超音波が塵埃の影響を受け、相対する超音波振動子に超音波が到達せず、測定不能となる現象を生じていた。

特に、プロパンなどの水分を含まない帯電させやすいガスの測定においては、整流部分が帯電しやすく、整流部分の表面に塵埃が付着しやすいため、計測する流体に僅かでも塵埃が含まれると、測定不能になるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、帯電しやすい整流部分を、流路と電気的に導通させる導通手段を設けることにより、塵埃の影響を受けない高性能な超音波振動子を用いた流体の流れ計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の流体の流れ計測装置は、被測定流体が流れる流路の上流側と下流側に少なくとも一対配置した超音波振動子と、前記超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材とを備え、前記整流部材は、少なくとも流れに対し
略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板と、前記整流板を保持する樹脂性のケースと、前記整流板の側部の位置し前記ケースに設けた超音波振動子から発信される超音波を通過させる開口からなるとともに、少なくとも前記整流板に帯電防止手段を設け、かつ前記両超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測定流体の流速および／または流量を測定するようにした構成としたものである。

また、被測定流体が流れる流路の上流側と下流側に少なくとも一対配置した超音波振動子と、前記超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材とを備え、前記整流部材は、少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した金属製の整流板と、前記整流板を保持する樹脂性のケースと、前記整流板の側部の位置し前記ケースに設けた超音波振動子から発信される超音波を通過させる開口からなるとともに、前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段を設け、かつ両超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測定流体の流速および／または流量を測定するようにした構成としたものである。

上記した構成により、超音波振動子間に被測定流体の流れを整流する流れに対し略並行で、かつ、超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板を有する整流部材を配設しているので、流体の流量を安定して正確に計測することができ、少なくとも整流板に帯電防止手段を設け、あるいは、整流板と流路を電気的に導通する導通手段を設けているので、整流板の帯電を防止でき、整流板に測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着を低減することによって、長期に安定して、被測定流体の流速および／または流量を測定することができるようになる。

更に、超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材の少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板近傍に、被測定流体が流れる際に、その摩擦で整流板を帯電させようとするが、少なくとも整流板に設けた帯電防止手段によって、あるいは整流板の電荷が、整流板と流路を電気的に導通する導通手段によって、流路にアースされるので、整流板の帯電を防止できるようになる。特に、流れる被測定流体が、プロパンなどの水分を含まない帯電させやすい被測定流体であっても、同様で、被測定流体に含まれる塵埃などの異物が整流板に付着したとしても、帯電による保持力がないため、被測定流体の流れによって吹き流されてしまい、整流板の表面にたまることがなくなる。そのため、整流板が帯電して、被測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着することによって、超音波が塵埃の影響を受け、相対する超音波振動子に超音波が到達せず、測定不能となる現象を防止することができるようになる。

本発明によれば、超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材を構成する整流板の帯電を防止して、被測定流体に含まれる塵埃などの異物の影響を受けないようにすることができ、長期に安定して、より信頼性の高い流れ計測装置を提供することができるようになる。

第１の発明による流体の流れ計測装置は、被測定流体が流れる流路の上流側と下流側に少なくとも一対配置した超音波振動子と、前記超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材とを備え、前記整流部材は、少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板と、前記整流板を保持する樹脂性のケースと、前記整流板の側部の位置し前記ケースに設けた超音波振動子から発信される超音波を通過させる開口からなるとともに、前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段を設け、かつ両超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測
定流体の流速および／または流量を測定するようにした構成としたものである。

第２の発明による流体の流れ計測装置は、被測定流体が流れる流路の上流側と下流側に少なくとも一対配置した超音波振動子と、前記超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材とを備え、前記整流部材は、少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した金属製の整流板と、前記整流板を保持する樹脂性のケースと、前記整流板の側部の位置し前記ケースに設けた超音波振動子から発信される超音波を通過させる開口からなるとともに、前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段を設け、かつ両超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測定流体の流速および／または流量を測定するようにした構成としたものである。

そして、超音波振動子間に被測定流体の流れを整流する流れに対し略並行で、かつ、超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板を有する整流部材を配設しているので、流体の流量を安定して正確に計測することができ、少なくとも整流板に帯電防止手段を設け、あるいは、整流板と流路を電気的に導通する導通手段を設けているので、整流板の帯電を防止でき、整流板に測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着を低減することによって、長期に安定して、被測定流体の流速および／または流量を測定することができるようになる。

更に、超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材の少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板近傍に、被測定流体が流れる際に、その摩擦で整流板を帯電させようとするが、少なくとも整流板に設けた帯電防止手段によって、あるいは整流板の電荷が、整流板と流路を電気的に導通する導通手段によって、流路にアースされるので、整流板の帯電を防止できるようになる。

特に、流れる被測定流体が、プロパンなどの水分を含まない帯電させやすい被測定流体であっても、同様で、被測定流体に含まれる塵埃などの異物が整流板に付着したとしても、帯電による保持力がないため、被測定流体の流れによって吹き流されてしまい、整流板の表面にたまることがなくなる。そのため、整流板が帯電して、被測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着することによって、超音波が塵埃の影響を受け、相対する超音波振動子に超音波が到達せず、測定不能となる現象を防止することができるようになる。

第３の発明による流体の流れ計測装置は、特に、第２の発明の整流板と流路を電気的に導通する導通手段を、前記整流板の一部に前記ケースを貫通する貫通部を設け、前記貫通部と流路を電気的に導通させる接触手段を設けた構成としたものである。

そして、整流板と流路を電気的に導通する導通手段を、前記整流板の一部に前記ケースを貫通する貫通部を設け、前記貫通部と流路を電気的に導通させる導電性のスポンジやスプリングなどで構成された接触手段を設けているので、複数枚の整流板に簡単な構成で、確実に、流路に電気的に導通させることができるようになる。

第４の発明による流体の流れ計測装置は、特に、第２の発明の整流板と流路を電気的に導通する導通手段を、整流板の一部に前記ケースを貫通させ前記流路と整流板が直接接触するように形成した構成としたものである。

そして、整流板と流路を電気的に導通する導通手段を、整流板の一部に前記ケースを貫通させ前記流路と整流板が直接接触するように形成しているので、他の部品を必要とせず、構成が簡単になり、安価に整流板と流路を電気的に導通する導通手段を構成することができる。

第５の発明による流体の流れ計測装置は、特に、第２の発明の整流板と流路を電気的に導通する導通手段を、整流板を保持する樹脂性のケースを導電材料で形成した構成としたものである。

そして、整流板と流路を電気的に導通する導通手段を、整流板を保持する樹脂性のケースを導電材料で形成しているので、整流板に帯電する電荷は、整流板を保持する導電材料で形成したケースを介して、流路にアースされるようになり、他の部品を必要とせず、構成が簡単になり、また、その電気的な接触面積も広くなり、より確実に流路に電気的に導通させることができるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の流体の流れ計測装置の要部断面図、図２は、上面配置図である。

図１、図２において、被測定流体の流量計測を行う水平に配設した流量計測流路１１の両端に、下方へつながる流入側配管１２および流出側配管１３が設けてあり、被測定流体は、流入側配管１２から取り込まれ、流量計測流路１１を介して、流出側配管１３へと排出される。超音波振動子１４、１５は、流量計測流路１１を挟むように上流側と下流側に一対にして配置してあり、この間の流量計測流路１１に被測定流体の流れを整流する整流部材１６が配置している。

上記整流部材１６は少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子１４、１５から発信される超音波を遮らないように配設した金属製の複数枚の整流板１７と、整流板１７を保持する樹脂性のケース１８と、整流板１７の側部に位置し、前記ケース１８に設けた超音波振動子１４、１５から発信される超音波を通過させる開口１９から構成されている。

また、整流板１７の一部には、ケース１８を貫通する貫通部２０を設け、この貫通部２０と流量計測流路１１とを電気的に導通させる導電材料からなる接触手段２１が配設している。

このような配置において、流入側超音波振動子１４、１５と流出側超音波振動子１４、１５との距離をＬ、流入側の超音波振動子１４、１５から超音波を送信し、流出側の超音波振動子１４、１５で受信する時の伝播時間をＴｕｄ、その逆に、流出側の超音波振動子１４、１５から超音波を送信し、流入側の超音波振動子１４、１５で受信する時の伝播時間をＴｄｕとし、音速をＣ、流体の流速をＶｆとすると、次式が成り立つ。
Ｔｕｄ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｆ）、Ｔｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｆ）
これより、Ｃ＋Ｖｆ＝Ｌ／Ｔｕｄ、Ｃ−Ｖｆ＝Ｌ／Ｔｄｕが成り立ち、その結果、
２・Ｖｆ＝（Ｌ／Ｔｕｄ）＋（Ｌ／Ｔｄｕ）となる。
よって、 Ｖｆ＝（Ｌ／２）［（１／Ｔｕｄ）−（１／Ｔｄｕ）］となる。

このように、超音波伝播時間ＴｕｄおよびＴｄｕを計測することにより、流体の流速Ｖｆを計測することができる。なお、この流体の流速Ｖｆは、音速Ｃに依存せずに求めることができる。つまり、流体の温度変化によって流体中の音速が変化しても、計測結果に影響しないことがわかる。この流体の流速Ｖｆに、あらかじめ決められている流量計測流路１１の断面積Ｓを乗ずることにより流体の流量を、
Ｑｆ＝Ｓ・Ｖｆとして求ることができる。

ここで、上記した構成により、超音波振動子１４、１５間に被測定流体の流れを整流する流れに対し略並行で、かつ、超音波振動子１４、１５から発信される超音波を遮らないように配設した金属製の複数枚の整流板１７を有する整流部材１６を配設しているので、流体の流量を安定して正確に計測することができ、整流板１７と前記流路を電気的に導通する導通手段として、整流板１７の一部に、ケース１８を貫通する貫通部２０を設け、この貫通部２０と流量計測流路を電気的に導通させる接触手段２１が配設してを設けているので、整流板１７の帯電を防止でき、整流板１７に測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着することを低減することによって、長期に安定して、被測定流体の流速および／または流量を測定することができるようになる。

更に詳述すると、超音波振動子１４、１５間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材１６の少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子１４、１５から発信される超音波を遮らないように配設した金属製の複数枚の整流板１７の間に、被測定流体が流れる際に、その摩擦で整流板１７を帯電させようとするが、整流板１７の電荷が、整流板１７と流路を電気的に導通する接触手段２１によって、流路にアースされるので、整流板１７の帯電を防止できるようになる。

特に、流れる被測定流体が、プロパンなどの水分を含まない帯電させやすい被測定流体であっても、同様で、被測定流体に含まれる塵埃などの異物が整流板１７に付着したとしても、帯電による保持力がないため、被測定流体の流れによって吹き流されてしまい、整流板１７の表面にたまることがなくなる。そのため、整流板１７が帯電して、被測定流体に含まれる塵埃などの異物が付着することによって、超音波が塵埃の影響を受け、相対する超音波振動子１４、１５に超音波が到達せず、測定不能となる現象を防止することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態１の流体の流れ計測装置の上面配置図である。なお、本実施の形態は、実施の形態１で、整流板１７と流量計測流路１１を電気的に導通する導通手段が実施の形態１の発明と異なるだけで、同一の番号を付与し、異なる部分についてのみ説明を行う。

本実施の形態は、整流板１７と流量計測流路１１とを電気的に導通する導通手段を、整流板２２の一部に前記ケース１８を貫通させ前記流量計測流路１１と整流板２２とが貫通部２３で直接接触するように形成したものである。

そして、整流板２２と流量計測流路１１とを電気的に導通する導通手段を、整流板２２の一部に前記ケース１８を貫通させ前記流量計測流路１１と整流板２２が貫通部２３で直接接触するように形成しているので、他の部品を必要とせず、構成が簡単になり、安価に整流板２２と流量計測流路１１を電気的に導通する導通手段を構成することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態１の流体の流れ計測装置の要部断面図である。なお、本実施の形態は、実施の形態１で、整流板１７と流量計測流路１１を電気的に導通する導通手段が実施の形態１の発明と異なるだけで、同一の番号を付与し、異なる部分についてのみ説明を行う。

本実施の形態は、整流板１７と流量計測流路１１とを電気的に導通する導通手段を、整流板１７を保持する樹脂性のケース２４を導電材料で形成したものである。

そして、整流板１７と流量計測流路１１とを電気的に導通する導通手段を、整流板１７を保持する樹脂性のケース２３を導電材料で形成しているので、整流板１７に帯電する電荷は、整流板１７を保持する導電材料で形成したケース２４を介して、流量計測流路１１にアースされるようになり、他の部品を必要とせず、構成が簡単になり、また、その電気的な接触面積も広くなり、より確実に流量計測流路１１に電気的に導通させることができるようになる。

尚、整流板１７と流量計測流路１１とを電気的に導通する導通手段は、整流板１７が帯電しないように電荷を流量計測流路１１にアースすることを目的とするため、整流板１７に帯電防止剤の塗布等の帯電防止処理を施しても同様な効果が得られ、その他各部の構成も本発明の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。

以上のように、本発明にかかる流体の流れ計測装置は、従来の超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材を構成する整流板の帯電を防止して、被測定流体に含まれる塵埃などの異物の影響を受けないようにすることができ、長期に安定して、より信頼性の高い流れ計測装置を提供することができるようになるので、ガスメータ等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における要部断面図 本発明の実施の形態１における同上面配置図 本発明の実施の形態２における上面配置図 本発明の実施の形態３における要部断面図 従来の流入・流出対称型流量計の側面図 同流入・流出対称型流量計における整流部３の断面図 同流入・流出対称型流量計におけるの整流部材７の断面図

符号の説明

１１ 流量計測流路
１４、１５ 超音波振動子
１６ 整流部材
１７ 整流板
１９ 開口
２０ 貫通部
２１ 接触手段（導通手段）

Claims (5)

1. 被測定流体が流れる流路の上流側と下流側に少なくとも一対配置した超音波振動子と、前記超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材とを備え、前記整流部材は、少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板と、前記整流板を保持する樹脂性のケースと、前記整流板の側部に位置し前記ケースに設けた超音波振動子から発信される超音波を通過させる開口からなるとともに、少なくとも前記整流板に帯電防止手段を設け、かつ前記両超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測定流体の流速および／または流量を測定するようにした流体の流れ計測装置。
2. 被測定流体が流れる流路の上流側と下流側に少なくとも一対配置した超音波振動子と、前記超音波振動子間に配設した被測定流体の流れを整流する整流部材とを備え、前記整流部材は、少なくとも流れに対し略並行でかつ超音波振動子から発信される超音波を遮らないように配設した整流板と、前記整流板を保持する樹脂性のケースと、前記整流板の側部に位置し前記ケースに設けた超音波振動子から発信される超音波を通過させる開口からなるとともに、前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段を設け、かつ前記両超音波振動子間の超音波伝搬時間にもとづいて前記被測定流体の流速および／または流量を測定するようにした流体の流れ計測装置。
3. 前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段は、前記整流板の一部に前記ケースを貫通する貫通部を設け、前記貫通部と前記流路を電気的に導通させる接触手段を設けた請求項２に記載の流体の流れ計測装置。
4. 前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段は、前記整流板の一部に前記ケースを貫通させ前記流路と整流板が直接接触するように形成した請求項２に記載記載の流体の流れ計測装置。
5. 前記整流板と前記流路を電気的に導通する導通手段は、前記整流板を保持する樹脂性のケースを導電材料で形成した請求項２に記載の流体の流れ計測装置。