JP2012103149A - 超音波式流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て性の高い多層流路部材と流量計測精度の高い超音波式流量計測装置を提供すること。
【解決手段】第１側壁部５と、第２側壁部６と、底板部７と、開口部８とで構成された断面が矩形状の流路４と、開口部８から挿入され流路４を複数流路に仕切る仕切板９と、開口部８を覆う超音波透過体１５と、超音波透過体１５を透過して一方の超音波送受波器１６から送信された超音波が底板部７で反射して他方の超音波送受波器１７に受信するように底板部７に対向して設けられた超音波送受波器１６、１７と、超音波送受波器１６、１７間の超音波伝搬時間を計測する計測回路部２２と、計測回路部からの信号に基づいて流量を求める演算回路部２３とを備えることにより、複数の扁平流路に構成する際に仕切板を用い容易に短時間で実現することができる。また超音波の反射が効率よく実現でき受信感度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波式流量計測装置の流路の構造に関するものである。

従来この種の超音波式流量計測装置は、多層流路を構成するために、流路を区画する複数の仕切板を流路の両側板に設けたスリットに係止し、複数の扁平流路を形成していた。（例えば、特許文献１参照）
図１２〜１５は特許文献１に記載された従来の超音波流体計測装置を示すものである。図に示すように、多層流路部材１００は、計測流路１０１を複数の扁平流路１０２に区画するための仕切板１０３と、仕切板１０３における流体の流れ方向に沿った縁部１０４を支持するフレーム１０５を有している。すなわちフレーム１０５は、左右の側板１０６、１０７、天板１０８、底板１０９によって矩形箱状に形成されており、左右の側板１０６、１０７間に仕切板１０３が水平に所定間隔で保持される。

側板１０６、１０７の内面には、仕切板１０３を所定間隔で保持するため複数本のスリット１１０が設けられている。このスリット１１０は、扁平流路の断面積が均一になるように、流体の流れに対して直交する方向に沿って等間隔で設けられている。

多層流路部材１００を計測流路１０１の多層部材取付部１１１に嵌めた状態で、超音波伝搬路１１２に位置する多層流路部材１００のフレーム１０５の側板１０６、１０７には、超音波通過用の開口１１３が設けられている。開口１１３にはフィルタ部材１１４が取り付けられている。仕切板１０３の縁部１０４には、複数個の鍔部１１５が設けられている。

フレーム１０５の側板１０６、１０７に設けられているスリット１１０には、仕切板１０３の鍔部１１５に対応した位置に貫通孔１１６が設けられており、外部から貫通孔１１６を通して仕切板１０３の端面が露出するようになっている。貫通孔１１６は、鍔部１１５ごとに設けられているので、鍔部１１５をフレーム１０５に固定する際には、接着剤１１７を使用して接着固定している。

特開２００９−２１０５２５号公報

しかしながら、上記従来の構成は、多層流路部材１００を組み立てるには、側壁１０６、１０７、天板１０８、底板１０９からなるフレーム１０５の内、側壁１０６、１０７の貫通孔１１６に仕切板１０３の鍔部１１５を挿入した後、側壁１０６、１０７と仕切板１０３を接着剤１１７で接着固定するものであるため、部品点数が多く、組立に時間を要するためコスト高であった。また接着剤の扁平流路側へのはみ出しにより、扁平流路内の流れに乱れが生じ流量計測精度が悪くなることが懸念され、仕切板１０３の組み立て性と計測精度の観点からは未だ改善の余地があった。

本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、被検出流体の流れ方向に沿って矩形状の流路を構成する第１側壁部と、第１側壁部に対向した第２側壁部と、第１側壁部および第２側壁部に掛け渡された底板部と、底板部に対向した開口部と、開口
部から流路を複数に仕切る仕切り手段を挿入することにより組立が容易で複数に仕切られた流路内の乱れもなく高精度の流量計測精度を確保する超音波式流量計測装置を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波式流量計測装置は、被検出流体の流れ方向に沿った第１側壁部と、前記第１側壁部に対向した第２側壁部と、前記第１側壁部および第２側壁部に掛け渡された底板部と、前記底板部に対向した開口部とで構成された断面が矩形状の流路と、前記開口部から挿入され前記流路を複数流路に仕切る仕切板と、前記開口部を覆う超音波透過体と、前記超音波透過体を透過して一方の超音波送受波器から送信された超音波が前記底板部で反射して他方の超音波送受波器に受信するように前記底板部に対向して設けられた複数の超音波送受波器と、前記超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する計測回路部と、前記計測回路部からの信号に基づいて流量を求める演算回路部とを含むものである。

この構成により、流路を複数に仕切る際には、開口部から仕切板を挿入するだけで良く、組立に時間を必要としない。また、複数流路の内側にははみ出すものが無く高精度の流量計測精度を確保する超音波式流量計測装置を提供することが出来るものである。

本発明の超音波式流量計測装置は、複数の流路を短時間で組み立てることが可能でありコストダウンが図れる。また複数流路の内側にはみ出すものが無く高精度の流量計測精度を確保することが出来る。

本発明の実施の形態１における超音波式流量計測装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１における流路ブロックの側面図 本発明の実施の形態１における流路ブロックの分解斜視図 （ａ）は本発明の実施の形態１における仕切板の斜視図、（ｂ）は仕切板の突起部の斜視図 （ａ）は本発明の実施の形態１における挿入溝部の斜視図、（ｂ）は挿入溝部の断面図 本発明の実施の形態１における仕切板の組立斜視図 本発明の実施の形態１における仕切板の組立平面図 本発明の実施の形態１における流路ブロックの平面図 本発明の実施の形態１における流路ブロックの平面図 従来の超音波式流量計測装置の全体斜視図 従来の多層流路部材の断面図 従来の多層流路部材の分解斜視図 従来の多層流路部材の断面図

第１の発明は、被検出流体の流れ方向に沿った第１側壁部と、前記第１側壁部に対向した第２側壁部と、前記第１側壁部および第２側壁部に掛け渡された底板部と、前記底板部に対向した開口部とで構成された断面が矩形状の流路と、前記開口部から挿入され前記流路を複数流路に仕切る仕切板と、前記開口部を覆う超音波透過体と、前記超音波透過体を透過して一方の超音波送受波器から送信された超音波が前記底板部で反射して他方の超音波送受波器に受信するように前記底板部に対向して設けられた複数の超音波送受波器と、前記超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する計測回路部と、前記計測回路部からの信号に基づいて流量を求める演算回路部とを含む超音波式流量計測装置である。

これにより、流路を複数に仕切る際には、開口部から仕切板を挿入するだけで良く、組立に時間を必要としない。また、複数流路の内側にははみ出すものが無く、被検出流体の流れを正確に整流することが可能となる。従って、高精度の流量計測精度を得ることが出来るものである。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記仕切板は、両側端部と下端部に突出した複数の突起を備え、前記底板部および前記開口部には前記突起が挿入される挿入溝部を備えたものである。

これによって、複数の流路を構成する際に、開口部から挿入した仕切板を、最下部の底板部と最上部の開口部に設けられた溝で支持することにより、仕切板を正確な流路寸法で構成することが出来るものである。従って、被検出流体の流れを正確に計測することが出来る。

第３の発明は、特に第２の発明において、前記底板部の前記挿入溝部は、超音波の反射面から外れた位置に設けられたことを特徴とするものである。

これによって、一方の超音波トランスデューサから送信された超音波は、表面が平坦な底板で反射して他方の超音波トランスデューサで受信されるが、反射面には挿入溝などの凹凸部が無く均一に反射させることができる。従って、超音波の受信感度が良く、安定した計測を得ることが出来るものである。

第４の発明は、特に第２または第３の発明において、前記底板部に設けられた前記挿入溝部の断面形状は、前記突起が挿入される入口方向に拡大する形状に形成されたものである。

これによって、複数の流路を構成するに当り、開口部から挿入した仕切板を最下部の底板部に設けられた挿入溝に挿入する際に、挿入溝が仕切板の板厚より幅の広い隙間で構成されているため、仕切板を簡単に正確な位置に組み立てることが出来るものである。従って、短時間で複数の流路を組み立てすることが出来る。

第５の発明は、特に第２〜第４のいずれか１つの発明において、前記底板部に設けられた前記挿入溝部は、両側壁に壁面より突出する複数の当接部を相互に対向しない位置に備え、前記仕切板の前記突起が前記当接部に当接して狭持される構成としたものである。

これによって、複数の流路を構成するに当り、開口部から挿入した仕切板を最下部の底板部に設けられた挿入溝に挿入した際に、仕切板は相互に対向しない位置に千鳥に配置された挿入溝の当接部に当接して挿入固定されるため正確な位置に固定される。従って、使用状態において仕切板が移動することは無く、正確に複数の流路を構成することが出来、計測精度を維持することが出来る。

第６の発明は、特に第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記第１側壁部、前記第２側壁部、前記底板部、前記開口部で構成された矩形状の前記流路の上流側に曲面入口壁を一体化構成したものである。

これによって、複数の流路に被検出流体が流入する際に、角部を無くし、滑らかな流れで被検出流体を流路に導くことができる。従って、複数の流路には整流された被検出流体が流入するため、計測の精度が高くなる。また圧力損失が小さくなる。

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における超音波式流量計測装置の構成を示すものである。

図１〜図３において、超音波式流量計測装置１は、流路ブロック２とセンサブロック３で構成されている。流路ブロック２の被検出流体が流れる矩形状の流路４は、第１側壁部５と、第１側壁部５に対向した第２側壁部６と、第１側壁部５および第２側壁部６に掛け渡された底板部７と、底板部７に対向した開口部８とで構成されている。

流路４へは開口部８の方向から仕切り手段である仕切板９が複数枚挿入され流路４を複数の扁平流路１０を構成している。仕切板９の両側端部の上部には上突起１１が、仕切板の下端部の複数箇所に下突起１２が構成されており、これらの突起は底板部７に設けられた挿入溝部１３と開口部８に設けられた挿入溝部１４に挿入されている。

開口部８の上面には超音波透過体１５が設けられている。超音波透過体１５としては金網、樹脂メッシュ、発泡体樹脂等がある。超音波透過体１５を挟んで上部にはセンサブロック３が流路ブロック２と一体化されている。センサブロック３には第一超音波送受波器１６と第二超音波送受波器１７が一定の角度で固定されている。固定方法としてはパッキン１８とパッキン１９で超音波送受波器１６を挟み更に固定部品２０で固定している。パッキン１８、１９の機能としては被検出流体のシールと超音波送受波器１６、１７の振動をセンサブロックに固体伝搬させない役割がある。

超音波送受波器１６、１７の上部には基板２１が設けられており、この基板２１には超音波送受波器１６、１７間の超音波伝搬時間を計測する計測回路部２２と、この計測回路部２２からの信号に基づいて流量を求める演算回路部２３が設けられている。

超音波送受波器１６から送信された超音波は矢印２４、２５のように底板部７の反射面２６に反射して超音波送受波器１７で受信される。

流路４の入口壁面２７は曲面で構成されている。２８は被検出流体の流れを示す矢印である。

次に図４〜図９において、底板部７の挿入溝部１３と仕切板９の下突起１２の挿入方法について説明する。なお、図４〜図９において図１〜図３と同一な箇所については同じ符号を付して説明を省略する。

底板部７の挿入溝部１３の両側壁には壁面より突出する３ヶ所の当接部２９、３０、３１が相互に対向しない位置に千鳥状に設けられている。仕切板９の下突起１２と当接部２９、３０、３１が相互に当接して仕切板９が狭持される構成となっている。そして挿入溝部１３の断面形状は傾斜面３２、３３により仕切板９の下突起１２が挿入する入口方向に拡大する断面形状で構成されている。

また挿入溝部１３の両側壁の相互に対向しない位置に千鳥状に配置された当接部２９、３０、３１で構成される当接部相互間の隙間３４は仕切板９の板厚より小さい寸法で構成されている。

一方、開口部８の挿入溝部１４は、仕切板９が挿入する上方向に向かって拡大する傾斜面３５を構成している。

次に組立手順について説明する。仕切板９を開口部８の挿入溝部１４に挿入する。この時には挿入溝部１４は傾斜面３５により仕切板９よりも広く構成されているため容易に挿入することが出来る。更に仕切板９を挿入すると仕切板９の下突起１２が底板部７に設けられた挿入溝部１３に挿入される。この時、仕切板９は板厚より大きい寸法を構成する傾斜面３２、３３に沿って隙間３４へ挿入される。隙間３４は板厚より小さい寸法で構成されているため、仕切板９を挿入溝部１３へ挿入するときは仕切板９と挿入溝部１３の間に隙間がない状態で挿入されることになる。

このように、仕切板９を流路ブロック２に挿入するときは、挿入溝部１３、１４の傾斜面３２、３３、３５により容易に挿入することができ作業性が良い。また仕切板９が挿入された後には、仕切板９は当接部２９、３０、３１により固定されるため仕切板９の移動や、被検出流体の流れで仕切板９が振動することがなく、高精度で流量計測が可能となる。

次に図１０〜図１１において、流路ブロック２の組立完成状態の構成について説明する。なお、図１０〜図１１において図１〜図９と同一な箇所符号であり符号説明を省略する。

流路４は３枚の仕切板９により４箇所の扁平流路１０を構成する。挿入された仕切板９は挿入溝部１３により固定挟持されているため開口部８を下方向に傾斜しても仕切板９は流路ブロックから落下することはない。また仕切板９の上面には超音波透過体１５が置かれている。超音波透過体１５はセンサブロック３と流路ブロック２が一体化されることにより落下することはない。

以上のように構成された超音波式流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

矢印２８の方向から流入した被検出流体は、曲面に構成された入口壁面で整流され扁平流路１０に導入される。導入された被検出流体は複数の扁平流路１０を等しい分配比で流れる。

このとき第一超音波送受波器１６から送信された超音波は超音波透過体１５を通過し扁平流路を斜めに横切り底板部７の反射面２６で反射して第二超音波送受波器１７で受信される。（矢印２４）同様に矢印２５のように第二超音波送受波器１７から送信された超音波は反射面２６で反射し第一超音波送受波器１６で受信される。

流量を計測するには、第一超音波送受波器１６から第二超音波送受波器１７へ送信したときと、第二超音波送受波器１７から第一超音波送受波器１６へ送信したときの超音波到達時間を計測回路部２２で計測し、演算回路部２３にて流速を求め、この流速から流量を求めることができる。

以上説明したように、扁平流路１０を構成するには仕切板９を開口部８の挿入溝部１４から底板部７に設けられた挿入溝部１３に挿入だけでよく、短時間で扁平流路１０を組み立てることが可能である。

また、底板部７に設けられた挿入溝部１３は超音波の反射面２６から離れた位置に設けられているため、超音波送受波器から送信された超音波は効率よく反射される。その結果超音波送受波器の受信感度を高く得る事が出来、安定した計測が可能となる。

以上のように、本発明にかかる超音波式流量計測装置は、流路を複数の扁平流路に構成する際に仕切板を用い容易に短時間で実現することができ、さらに仕切板の振動、移動が防止されるので他の計測装置等の用途にも適用できる。

１ 超音波式流量計測装置
４ 流路
５ 第１側壁部
６ 第２側壁部
７ 底板部
８ 開口部
９ 仕切板
１１ 上突起（突起）
１２ 下突起（突起）
１３、１４ 挿入溝部
１５ 超音波透過体
１６ 第一超音波送受波器
１７ 第二超音波送受波器
２２ 計測回路部
２３ 演算回路部
２７ 入口壁面（曲面入口）
２９、３０、３１ 当接部

Claims (6)

1. 被検出流体の流れ方向に沿った第１側壁部と、
   前記第１側壁部に対向した第２側壁部と、
   前記第１側壁部および第２側壁部に掛け渡された底板部と、
   前記底板部に対向した開口部とで構成された断面が矩形状の流路と、
   前記開口部から挿入され前記流路を複数流路に仕切る仕切板と、
   前記開口部を覆う超音波透過体と、
   前記超音波透過体を透過して一方の超音波送受波器から送信された超音波が前記底板部で反射して他方の超音波送受波器に受信するように前記底板部に対向して設けられた複数の超音波送受波器と、
   前記超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する計測回路部と、
   前記計測回路部からの信号に基づいて流量を求める演算回路部と、を含む、
   超音波式流量計測装置。
2. 前記仕切板は、両側端部と下端部に突出した複数の突起を備え、前記底板部および前記開口部には前記突起が挿入される挿入溝部を備えた、
   請求項１に記載の超音波式流量計測装置。
3. 前記底板部の前記挿入溝部は、超音波の反射面から外れた位置に設けられたことを特徴とする、
   請求項２に記載の超音波式流量計測装置。
4. 前記底板部に設けられた前記挿入溝部の断面形状は、前記突起が挿入される入口方向に拡大する形状に形成された、
   請求項２または３に記載の超音波式流量計測装置。
5. 前記底板部に設けられた前記挿入溝部は、両側壁に壁面より突出する複数の当接部を相互に対向しない位置に備え、
   前記仕切板の前記突起が前記当接部に当接して狭持される構成の、
   請求項２〜４の何れか１項に記載の超音波式流量計測装置。
6. 前記第１側壁部、前記第２側壁部、前記底板部、前記開口部で構成された矩形状の前記流路の上流側に曲面入口壁を一体化構成してなる、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波式流量計測装置。