JP2012021899A - 超音波流量計測ユニットおよびこれを用いた超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性を損ねることなく、超音波振動子のケースと計測流路への取り付け部品を削減して、より安価な超音波流量計を実現する。
【解決手段】被測定流体が流れる計測流路７と、計測流路７の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子１、９とを備え、計測流路７は、樹脂で構成され、超音波振動子１、９は、圧電素子４と、圧電素子４に電圧を印加するための端子１２と、端子１２の送信側の面に接着された音響整合層５からなり、超音波振動子１、９を計測流路７に設けた超音波振動子取り付け部８に弾力性を有するコーティング材１３で固定したことによって、超音波振動子の信頼性を向上させるために使用していた金属や樹脂のケースが必要なくなり、さらに超音波振動子取り付け用の振動抑制部品も削減でき、超音波流量計の材料費を下げることができる。
【選択図】図１
【解決手段】被測定流体が流れる計測流路７と、計測流路７の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子１、９とを備え、計測流路７は、樹脂で構成され、超音波振動子１、９は、圧電素子４と、圧電素子４に電圧を印加するための端子１２と、端子１２の送信側の面に接着された音響整合層５からなり、超音波振動子１、９を計測流路７に設けた超音波振動子取り付け部８に弾力性を有するコーティング材１３で固定したことによって、超音波振動子の信頼性を向上させるために使用していた金属や樹脂のケースが必要なくなり、さらに超音波振動子取り付け用の振動抑制部品も削減でき、超音波流量計の材料費を下げることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計及びこれに用いる超音波流量計測ユニットに関するものである。
従来の超音波流量計では、図５に示すように圧電素子４を金属や樹脂のケース２で囲んで信頼性を向上させた超音波振動子１６、１７を使用していた。ここで、図に示す超音波伝搬経路６で超音波が超音波振動子１６から超音波振動子１７に伝搬する時間を計測するこることで、計測流路７を流れる被測定流体の流量を演算していた。しかし、実際には、超音波振動子１６で超音波を発信すると超音波伝搬経路６だけでなく、計測流路７の筐体を伝搬して超音波振動子１７するために、正確な伝搬時間を測定できずに計測精度が低下する場合があり、対策として、送信時の超音波振動子１６の振動が計測流路７の筐体を伝搬して、受信側の超音波振動子１７に伝搬しないようにゴムなどの弾力性のある振動抑制部品３を介して取り付ける構成のものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、前記従来のように単体で金属や樹脂で囲まれた構成の超音波振動子を使用していたのでは、より安価な超音波流量計を実現するためには超音波振動子の材料費が高くなるだけでなく、組み付け時の工数や超音波振動子組みつけ部材が必要となり、限界があった。
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、被測定流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、を備え、前記計測流路は、樹脂で構成され、前記超音波振動子は、圧電素子と、該圧電素子に電圧を印加するための端子と、前記端子の送信側の面に接着された音響整合層から構成され、前記超音波振動子を前記計測流路に設けた超音波振動子取り付け部に弾力性を有するコーティング材で固定したものである。
これによって、超音波振動子の信頼性を向上させるために使用していた金属や樹脂のケースが必要なくなり、さらに超音波振動子取り付け用の振動抑制部品も不要となる。
本発明の超音波流量計は、超音波振動子単体のケースが不要となるため、超音波振動子の材料費が下がるうえ、超音波振動子を取り付ける部材の材料費が下がり、超音波振動子を組み立てる工数が削減できるため、より安価な超音波流量計を実現できる。
第１の発明は、被測定流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、を備え、前記計測流路は、樹脂で構成され、前記超音波振動子は、圧電素子と、該圧電素子に電圧を印加するための端子と、前記端子の送信側の面に接着された音響整合層から構成され、前記超音波振動子を前記計測流路に設けた超音波振動子取り付け部に弾力性を有するコーティング材で固定したことにより、超音波振動子単体の材料費を下げ、超音波振動子の取り付け部材が不要となり、超音波振動子の組み立て工数を削減できる。
第２の発明は、特に第１の発明において、前記端子は外周に振動吸収部を備え、前記超音波振動子は、前記振動吸収部が前記超音波振動子取り付け部に当接して位置決めされているもので、圧電素子の振動の影響をより低減できる。
第３の発明は、特に第１の発明において、前記超音波振動子は、前記端子の外周部が前記超音波振動子取り付け部に点接触して位置決めされているもので、圧電素子の振動の影響をより低減できる。
第４の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明の超音波流量計測ユニットを用い、一方の前記超音波振動子から送信され、前記被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測することによって、前記計測流路を流れた被測定流体の流量を測定する超音波流量計とすることで、安価な超音波流量計を実現できる。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットの構成図を示すものである。
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットの構成図を示すものである。
図１において、計測流路７の上流と下流には一対の超音波振動子１，９が配置されている。そして、本発明の超音波流量計と従来の超音波流量計との差異は、従来の超音波流量計が超音波振動子として単体でケース２に囲まれた構成のものを２個、振動抑制部品３を用いて取り付けていたのに対して、本実施の形態では、圧電素子４と音響整合層５を圧電素子に電圧を印加する端子１２に接着した構成の超音波振動子１、９を直接、超音波振動子取り付け部８に取り付けた構成になっている点である。なお、圧電素子４に電圧を印可、あるいは、圧電素子４で発生した電圧を計測するため計測回路（図示せず）と接続するためのリード線１０が、端子１２及び圧電素子４に接合されている。
また、圧電素子４の振動が計測流路７に伝搬することを抑制するとともに、圧電素子４の電極部の信頼性を高めるために弾力性のあるコーティング材１３を圧電素子４の周辺に塗布した構成となっている。このような構成を有することにより、超音波振動子の信頼性を確保しつつ材料費を下げ、超音波振動子の取り付け部材である振動抑制部品３が不要となり、超音波振動子の組み立て工数も削減できるため、この超音波流量計測ユニットを用いることで、一方の前記超音波振動子から送信され、前記被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測することによって、前記計測流路を流れた被測定流体の流量を測定する超音波流量計をより安価に実現することができる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における超音波流量計測ユニットの超音波振動子の端子１２ａの形状を示すものである。他の部分は、実施の形態１と同様であり説明を省略する。
図２は、本発明の第２の実施の形態における超音波流量計測ユニットの超音波振動子の端子１２ａの形状を示すものである。他の部分は、実施の形態１と同様であり説明を省略する。
図に示すように、端子１２ａが超音波振動子取り付け部８に接触する部分の近傍には、凹状に形成した振動吸収部１４ａを設けており、この振動吸収部１４ａを設けることによって、圧電素子４の振動が計測流路７に伝わりにくくしてあり、圧電素子の振動の影響をより低減できるため、より計測精度のよい超音波流量計が安価に実現できる。
なお、端子１２ａの形状は、図２に示す形状に限定されるものではなく、図３に示すように、外周部に折り曲げ構造とした振動吸収部１４ｂを設けた端子１２ｂ（図３（ａ））、或いは、外周に延出部１２ｃ’を設けて、この延出部１２ｃ’を折り曲げて振動吸収部１４ｃを構成した端子１２ｃ（図３（ｂ））としてもよい。
さらに、端子１２ａの外径形状を略四角形として、外周部に凹状に形成した振動吸収部１４ｄを設けた端子１２ｄ（図３（ｃ））や、外周に延出部１２ｅ’を設けて、この延出部１２ｅ’を折り曲げて振動吸収部１４ｅを構成した端子１２ｅ（図３（ｄ））としてもよい。
以上のように、本実施の形態によると、実施の形態１に示す超音波流量計に比べて圧電素子の振動の影響をより低減できるため、この超音波流量計測ユニットを用いることで、一方の前記超音波振動子から送信され、前記被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測することによって、前記計測流路を流れた被測定流体の流量を測定する超音波流量計の計測精度を向上することができる。
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における超音波流量計測ユニットの超音波振動子と超音波振動子取り付け部との接触部を示すもので、他の部分は、実施の形態１と同様である。
図４は、本発明の第３の実施の形態における超音波流量計測ユニットの超音波振動子と超音波振動子取り付け部との接触部を示すもので、他の部分は、実施の形態１と同様である。
図４（ａ）は、は超音波振動子１、９の端子１２を取り付ける方向から見た図で、（ｂ）は断面図である。また、（ｃ）は圧電素子４と音響整合層５を圧電素子に電圧を印加する端子１２に接着した状態で計測流路７に組み込んだ断面図である。
ここで、図に示す突起１５によって、圧電素子に電圧を印加する端子１２と計測流路７が点接触となる構造になっている。
以上のように、本実施の形態によると、実施の形態１の超音波流量計に比べて圧電素子の振動の影響をより低減できるため、この超音波流量計測ユニットを用いることで、一方の前記超音波振動子から送信され、前記被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測することによって、前記計測流路を流れた被測定流体の流量を測定する超音波流量計の計測精度を向上することができる。
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、従来の超音波流量計に比べて安価な流量計を実現できるため、流量測定基準器及びガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。
１、９ 超音波振動子
４ 圧電素子
５ 音響整合層
７ 計測流路
８ 超音波振動子取り付け部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ 端子
１３ コーティング材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ 振動吸収部
４ 圧電素子
５ 音響整合層
７ 計測流路
８ 超音波振動子取り付け部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ 端子
１３ コーティング材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ 振動吸収部
Claims (4)
- 被測定流体が流れる計測流路と、
前記計測流路の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、を備え、
前記計測流路は、樹脂で構成され、
前記超音波振動子は、圧電素子と、該圧電素子に電圧を印加するための端子と、前記端子の送信側の面に接着された音響整合層から構成され、
前記超音波振動子を前記計測流路に設けた超音波振動子取り付け部に弾力性を有するコーティング材で固定した超音波流量計測ユニット。 - 前記端子は外周に振動吸収部を備え、前記超音波振動子は、前記振動吸収部が前記超音波振動子取り付け部に当接して位置決めされている請求項１の超音波流量計。
- 前記超音波振動子は、前記端子の外周部が前記超音波振動子取り付け部に点接触して位置決めされている請求項１の超音波流量計。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニットを用い、
一方の前記超音波振動子から送信され、前記被測定流体を伝搬した超音波信号を他方の前記超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測することによって、前記計測流路を流れた被測定流体の流量を測定する超音波流量計。
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