JP2013250254A - 超音波式スパイロメータの多重反射防止整流管 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波流量計を利用したスパイロメータや肺機能計の測定管の流路と超音波伝搬路との交叉部で発生する流路内を流れる流体の乱れ、渦、淀み等と、超音波伝搬路での多重反射等を抑え、気体流量測定の精度を向上する。
【解決手段】超音波が透過する超音波伝搬路３上に多重反射を抑制するための最適寸法の穴やスリットを有する隔壁と、整流のための薄膜やメッシュ５からなる多重反射防止整流管４を、年齢、性別、扱い流量等に合わせて複数種類の形状寸法用意し、スパイロメータや肺機能計の測定管の流路１内に内管として交換可能に挿入する。
【選択図】図２

Description

産業上の利用分野

本発明は、超音波を利用してガスなど気体の流量を計測する超音波流量計を測定管として利用した、スパイロメータに関するものである。

従来のこの種の超音波流量計は、流路の上流と下流とに一対の超音波振動子からなる超音波伝搬路を流れの方向に斜交して設け、上流側の振動子から流れの方向に超音波を発信し、この超音波を下流側の振動子で受信し、振動子からへの超音波の伝搬時間を計測する。また、逆に下流側の振動子から流れに逆らって超音波を発信し、この超音波を上流側の振動子で受信し、振動子からへの超音波の伝搬時間を計測する。この２つの伝搬時間から流路を流れる流体の平均的な流速を算出し、あらかじめ解っている流路の断面積、超音波伝搬路と流路との交叉角などから、流体の流量を検知していた。この測定原理においては、超音波振動子同士を向かい合わせた配置や超音波をＶ字型に反射させる配置などが存在する。このような構成で、流路と超音波伝搬路との交叉部で、流路内を流れる流体が乱れ、渦が発生したり、淀みが発生しないように超音波伝搬路上に薄膜やメッシュを利用していた（特開平９−２１６６６号）。

また、超音波の多重反射を抑制する目的で、超音波伝搬路上に、超音波透過させるための穴やスリット構造有した隔壁を設けていた（特開２０１０−２５６３１５号）。

流路の上流と下流とに一対の超音波振動子からなる流量計において、送信された超音波が、測定管の流路内で、流路の壁などで反射を繰り返し、いつまでも残響として残り、その残響波が受信子で受信され、誤動作することもあった。
また、このような構成で、測定管の流路と超音波伝搬路との交叉部で、流路内を流れる流体が乱れ、渦が発生したり、淀みが発生すると正確な測定が出来ない。
そこで、スパイロメータや肺機能計の流路が、内径が１３ｍｍから２５ｍｍの細い測定管であっても、流路と超音波伝搬路との交叉部の流路内の、超音波伝搬路上に超音波を透過させ、多重反射を抑制するための穴やスリットを有す隔壁と、内壁の平滑な状態を保ちつつ、整流のための薄膜やメッシュを設置する事が課題となる。

この解決には、スパイロメータや肺機能計の測定管の流路内に、超音波振動子の配置や伝搬経路に合わせた位置に、取り外しが可能で超音波を透過させ、多重反射を抑制するための穴やスリットに整流のための薄膜やメッシュを１か所または２か所に取り付けた樹脂製の多重反射防止整流管（同義：内管）を設置する事により解決する。
この内管の穴やスリットは、測定流量、流速に合わせた形状と寸法とすることで最大効果を発揮する、そこで、性別、年齢、別に複数種類の内管を用意して、容易に交換が可能な構造と形状とする。
超音波振動子の受発信周波数、超音波振動子の発信面の中心から流路までの距離、流路に対する配置角度、測定流量により、最適な穴やスリットを使用する。穴やスリットの寸法は、超音波指向角と発信面から流路までの距離から算出する。
本発明は、以上の構成からなる超音波式スパイロメータおよび肺機能計の多重反射防止整流管である。

以上の説明から明らかなように本発明の流量計測装置によれば次の効果が得られる。

測定管の流体の流れる流路と、前記流路に斜交する超音波伝搬路との交叉部に、流路内の平滑を保ちつつ、超音波透過膜やメッシュを備えた構成なので、流路を流れる流体は、交叉部の凹凸による流れの乱れがない、一定した整流効果が得られる。また、超音波の透過特性もよいので、高精度な超音波流量計が得られる。

測定管の流体の流れる前記流路と、前記超音波伝搬路との交叉部に、測定流量に最適な多重反射抑制のための穴やスリットを設置出来るので、高精度な超音波流量計が得られる。

前記測定管の流路と交換式の内管からなる構成なので、整流のためのメッシュや多重反射抑制のための穴やスリットを簡単に設置することができる。また、超音波は内面に設けられた超音波透過膜を効率よく透過するため、高精度な超音波流量計が得られる。

本発明の全体図である。 本発明の基本的な原理の図である。 本発明の内管の一例を示した図である。 本発明の超音波伝搬経路を反射式とした時の内管を示した図である。 本発明の穴やスリット形状の図である。

図１は、測定管流路に内管を挿入した発明品の利用例である。図２は、超音波振動子の配置と伝搬経路を説明している。図３は、１対の超音波振動子を向い合せに配置した場合の内管のメッシュ配置を表し、図４は、反射式伝搬経路となる１対の超音波振動子を配置した場合の内管のメッシュの位置を表している。図５は、多重反射を抑制するための穴とスリットを表している、ただし箇所や配置は示していない。

１ 測定管の流路
２ 超音波素子
３ 超音波伝搬経路
４ 多重反射防止整流管（同義：内管）
５ メッシュ
６ 穴
７ スリット
８ 配置角度
９ 発信面から流路までの距離

Claims (3)

1. スパイロメータや肺機能計の測定管の流路内に、超音波伝搬経路に乱流を防ぎ整流のために、超音波が通過出来る素材の薄膜やメッシュを年齢、性別、など扱い流量に合わせた最適位置に１か所または２か所に取り付けた、交換式で樹脂製の多重反射防止整流管を設置する構造。
2. 多重反射を抑制するために、年齢、性別、など扱い測定流量や流速に合わせて、最適な形状や寸法の穴またはスリットの多重反射防止整流管を選択して、それを容易に交換式が可能な構造。
3. 最適な形状や寸法の穴または、スリットについて、超音波振動子の受発信周波数を２００から３００ＫＨｚとし、超音波振動子の発信面の中心から流路までの距離を５〜２０ｍｍ、流路に対する配置角度を３０〜６０度とした場合で、１分間の測定流量が１００リットル未満の場合で、超音波振動子の発信面の５０％から８０％となる面積の穴、または、流れ方向に長手の寸法がその寸法となるスリット、測定流量１０００リットル以下で、５０％から１２０％となるスリットを最適範囲とする構造。スリットの巾寸法は、超音波振動子の指向角と流路までの距離から算出する構造である。

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