JP3438713B2 - 超音波流量計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体の流量
や流速の計測を行う超音波流量計測装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の流量計測装置には、例えば
特開平９−１８９５９１号公報に示す超音波式が知られ
ており、図１３に示すように流体を一方から他方に流す
配管１の中心線を挟んで対向し、かつ中心線に対して所
定角度を有する周面に上流側の超音波送受信器２ａと下
流側の超音波送受信器２ｂとを対向して設けるととも
に、配管１の流体吸入口３に配管１と同一方向の向き
に、平行に配列された複数の細管４ａから構成した整流
体４を設けている。そして、配管１を流れる流体の流速
を超音波送受信器２ａ、２ｂ間で超音波を送受信して伝
搬時間差から計測し、配管１の断面積より流量を算出し
ている。このとき、配管１に入る流れは整流体４を構成
する細管４ａによりその流れ方向を配管１と同一方向に
規制して、計測部での流線の傾きを低減したり渦の発生
を抑制して流れの乱れの境界面での超音波の反射や屈折
による超音波の受信レベルの変動を低減して測定精度の
低下を防止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
成では、整流体と超音波伝搬路が離れて設置されるとと
もに整流体との距離が超音波送受信器２ａ側と超音波送
受信器２ｂ側とで大きく異なるため整流体を通過した流
れの発達状態に差異を生じて、計測流路に直交する横断
面での平均流速と計測流路に斜交する超音波送受信器２
ａ、２ｂ間の計測断面での平均流速に違いを生じ、真の
流量を算出するためには計測値に対して流量に応じた補
正係数が必要になる。この補正係数は、層流から乱流に
移行する流量域では大きく変化するため、計測断面での
流速測定に僅かな誤差があっても補正係数により誤差が
拡大されて測定精度が低下するという課題があり、特に
圧力脈動により流れの方向が順方向、逆方向と順次変化
するような脈動流では測定精度の低下が大きいという課
題があつた。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、脈動
流に対しても流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変
化を小さくして計測精度を高めることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、被計測流体の流れる計測流路と、前記計測
流路の上流側および下流側に設けた導入部および導出部
と、前記計測流路を超音波が横切って伝搬するように設
けた少なくとも一対の超音波送受信器と、前記超音波送
受信器間で超音波の送受信を行いその送受信信号に基づ
いて流量を算出する流量演算手段とを備え、超音波送受
信器を計測流路の中心部分に配置するとともに、前記計
測流路の入口側および出口側には速度分布を非対称化し
て流速の最大値の発生位置を計測流路の中心から一方に
偏らせる非対称流れ促進手段を設けたものである。

【０００６】上記発明によれば、順方向および逆方向い
ずれの方向の流れに対しても、速度分布が凸型となる層
流域では流速の最大値を偏らせて流速の遅いところを多
くして計測することにより補正係数を大きくし、速度分
布が比較的に平坦となる乱流域では流速の最大値とあま
り違わない流速域を計測することで従来とあまり変わら
ない補正係数として層流域と乱流域との補正係数の差を
少なくし、流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化
を小さくして平坦化することができ、脈動が有る場合に
おいても脈動が無い場合と同様に補正係数による誤差の
拡大が防止されて計測精度を高めることができる。ま
た、流体の動粘性係数の変化によりレイノルズ数が変化
しても補正係数の変化が小さいので計測精度が維持さ
れ、流体温度変化や流体成分変化に対して強い計測装置
を実現でき、実用性を高めることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、被計測流体の流れる計
測流路と、前記計測流路の上流側および下流側に設けた
導入部および導出部と、前記計測流路を超音波が横切っ
て伝搬するように設けた少なくとも一対の超音波送受信
器と、前記超音波送受信器間で超音波の送受信を行いそ
の送受信信号に基づいて流量を算出する流量演算手段と
を備え、超音波送受信器を計測流路の中心部分に配置す
るとともに、前記計測流路の入口側及び出口側には速度
分布を非対称化して流速の最大値の発生位置を計測流路
の中心から一方に偏らせる非対称流れ促進手段を設けた
ものである。

【０００８】そして、順方向および逆方向いずれの方向
の流れに対しても、速度分布が凸型となる層流域では流
速の最大値を偏らせて流速の遅いところを多くして計測
することにより補正係数を大きくし、速度分布が比較的
に平坦となる乱流域では流速の最大値とあまり違わない
流速域を計測することで従来とあまり変わらない補正係
数として層流域と乱流域との補正係数の差を少なくして
平坦化することができ、脈動が有る場合においても脈動
が無い場合と同様に流量計測範囲の全域にわたり補正係
数の流量変化特性は平坦化され計測精度の向上ができ
る。また、流体の物性値変化が生じても計測精度の維持
がなされ、実用性、利便性を高めることができる。

【０００９】また、本発明は、非対称流れ促進手段は計
測流路に対して導入部および導出部を偏芯させて配置す
ることで形成したものである。そして、流路形状を簡略
化でき、加工性を高めて低コスト化できる。

【００１０】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
導入部と計測流路及び導出部と計測流路とを屈曲部を介
してそれぞれ連結することで形成したものである。そし
て、順方向および逆方向いずれの方向の流れに対しても
屈曲部での遠心力の作用により屈曲部の外周側に流れを
偏らせて速度分布を非対称化させて補正係数の流量変化
特性を平坦化することができ、計測流路に対して入口、
出口となる導入部、導出部を屈曲させて配置することに
より、幅を小さくして小型化でき設置性を高めることが
できる。

【００１１】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
計測流路の入口側および出口側に設けた段差部で形成し
たものである。そして、順方向および逆方向いずれの方
向の流れに対しても段差の大きさの調整により計測流路
の最大流速位置の偏りを維持する流量の上限値を変える
ことができるため、広い計測範囲に対して補正係数の流
量変化特性の平坦化に適応でき、計測範囲の異なる仕様
への適応性を高めることができ生産性を向上できる。

【００１２】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
計測流路の入口側および出口側のそれぞれの一方の端部
と他方の端部の形状を異ならせた異形状部で構成したも
のである。そして、上下両端部の形状を大きく変えるこ
とで計測流路の最大流速位置の偏りを大きくでき、順方
向および逆方向いずれの方向の流れに対しても補正係数
の流量変化特性の平坦性を促進して計測精度を向上でき
る。

【００１３】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
計測流路の入口側および出口側に設けた段差部と、計測
流路の入口側及び出口側のそれぞれの一方の端部と他方
の端部の形状を異ならせた異形状部とで構成したもので
ある。そして、順方向および逆方向いずれの方向の流れ
に対しても段差の大きさの調整により計測範囲の異なる
仕様に対して補正係数の流量変化特性を平坦化できると
ともに、異形状部により計測流路の最大流速位置の偏り
を拡大して補正係数の流量変化特性の平坦性を促進し
て、幅広い計測範囲に対して補正係数の平坦性を促進し
て計測精度を向上できる。

【００１４】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
導入部と計測流路および導出部と計測流路とをそれぞれ
接続する屈曲部と、前記屈曲部の外周面側に連なる計測
流路の入口側及び出口側に設けた段差部とにより構成し
たものである。そして、屈曲部と段差部の相互作用によ
り順方向および逆方向いずれの方向の流れに対しても計
測流路の速度分布の非対称化を促進して幅広い計測範囲
に対して補正係数の平坦化を推進でき、計測範囲の異な
る仕様への適応性が高く小型コンパクト化な装置を実現
できる。

【００１５】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
導入部と計測流路および導出部と計測流路とをそれぞれ
接続する屈曲部と、前記屈曲部の外周面側に連なる計測
流路の入口側及び出口側に設けた段差部と、計測流路の
入口側及び出口側のそれぞれの一方の端部と他方の端部
の形状を異ならせて形成した異形状部とにより構成した
ものである。そして、屈曲部と段差部と異形状部との相
互作用により順方向および逆方向いずれの方向の流れに
対しても幅広い計測範囲に対して補正係数の平坦化の推
進と補正係数の平坦性の向上により計測精度を高めるこ
とができ、小型コンパクト化による設置性の向上ができ
る。

【００１６】また、本発明は、非対称流れ促進手段は、
計測流路の入口側および出口側に設けられ、流速分布の
偏芯を促すように流れ抵抗を異ならせた整流体で構成し
たものである。そして、計測流路の流速分布の偏芯を促
すように流れ抵抗を任意に異ならせることにより順方向
および逆方向いずれの方向の流れに対しても流速分布の
非対称化を最適化でき、補正係数の平坦化を向上でき
る。

【００１７】また、本発明は、異形状部は、計測流路の
入口側および出口側のそれぞれの一方の端部を階段状と
し、他方の端部は曲率を有する滑らか形状としたもので
ある。そして、端部形状の違いにより対称な流速分布と
はならず、しかも階段状の段差により縮流を発生させて
計測流路の最大流速位置の偏りを大きくできるととも
に、曲率を持ち滑らかに変化する形状により順方向およ
び逆方向いずれの方向の流れに対しても流れの安定性を
高めることができ計測精度を安定化できる。

【００１８】また、本発明は、異形状部は、計測流路の
入口側および出口側のそれぞれの一方の端部と他方の端
部の位置をずらして形成したものである。そして、順方
向および逆方向いずれの方向の流れに対しても計測流路
の最大流速位置の偏りを一層大きくでき、補正係数の平
坦性を向上できる。

【００１９】また、本発明は、導入部と導出部は同軸上
あるいは計測流路と平行に配置したものである。そし
て、流路形状の簡略化を一層促進して低コスト化と小型
化を向上できる。

【００２０】また、本発明は、流速最大値の発生位置は
順方向および逆方向いずれの流れにおいても計測流路の
中心に対して同一側に偏らせる非対称流れ促進手段であ
る。そして、流れ方向が順逆を繰り返す脈動流れ時にお
いて計測流路での渦状流れを防止あるいは渦の発生強度
を低減でき、感度を高めた超音波の送受信がなされると
ともに超音波伝搬路での流れの安定化がなされて計測精
度を向上できる。

【００２１】また、本発明は、屈曲部の曲がり方向は導
入部と導出部で同一方向としたものである。そして、計
測流路に対して入口、出口となる導入部、導出部を屈曲
させて配置することにより、幅を小さくして小型化でき
る。さらに、同一方向に屈曲させることにより、流速最
大値の発生位置が計測流路の中心に対して同一側に偏ら
せて流れの脈動時における計測精度の向上ができるとと
もに、外部配管との接続部を接近させて集約でき設置性
を一層向上できる。

【００２２】また、本発明は、段差部あるいは異形状部
は計測流路の入口側と出口側で同一側に配置したもので
ある。そして、計測流路に屈曲部を介して導入部および
導出部を同一方向に配置する場合、あるいは導入部と導
出部を同軸上あるいは計測流路に平行に配置する場合の
いずれにおいても、小型コンパクト化して設置性を高め
た構成にできるとともに、順方向および逆方向いずれの
方向の流れにおいても流速最大値の発生位置を計測流路
の中心に対して同一側に偏らせて計測精度を向上でき
る。

【００２３】また、本発明は、超音波送受信器は計測流
路の中心から偏芯させて配置したものである。そして、
超音波送受信器の偏芯位置を、層流状態で流れる低流速
域における補正係数の値が乱流域の値に近い値になるよ
うに最適に偏芯させて設定でき、補正係数の変化が平坦
な領域を低流速側に拡大できるとともに流れ方向が変化
する脈動流れ時における計測制度を一層向上できる。

【００２４】また、本発明は、超音波送受信器は計測流
路の中心から屈曲部の外周面側に偏芯させて配置したも
のである。そして、屈曲部での遠心力の作用により屈曲
部の外周側への流れの偏りは流量が増大するほど促進で
きるために大流量域での補正係数を小さくして平坦性を
向上でき、小流量域での補正係数との差を縮小して補正
係数の平坦性が得られる計測範囲を拡大できる。

【００２５】また、本発明は、超音波送受信器は計測流
路の高さ寸法よりも小さい超音波放出面を設けたもので
ある。そして、超音波送受信器をいくらか偏芯させて配
置しても超音波を有効に超音波伝搬路へ放出でき、超音
波の送受信感度の低下を防止しＳ／Ｎを高めた計測によ
り計測精度を向上できる。さらに、偏芯自由度が拡大で
き、計測流路の高さ方向の代表部分の領域に超音波を伝
搬させて計測することで補正係数の平坦性を向上でき
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２７】（実施例１） 図１および図２は本発明の実施例１を示す超音波流量計
測装置の縦断面図および横断面図である。図において、
５は流路壁６に囲まれた計測流路であり、７および８は
互いに対向するように流路壁６に取付けた上流側および
下流側の超音波送受信器である。上流側の超音波送受信
器７と下流側の超音波送受信器８は計測流路５の幅Ｗ方
向を横切るように距離Ｌを隔てるとともに計測流路５の
流体の流動方向に対して角度θ傾けて設置され、計測流
路５の高さＨ方向に対して高さのほぼ中心に設置されて
いる。９ａ、９ｂは超音波送受信器７、８を計測流路５
に臨ませる上流側および下流側の開口穴である。１０は
対向する超音波送受信器７および８間で送信された超音
波が直接相手側に伝搬する超音波伝搬路（二点鎖線で領
域を示す）である。１１は計測流路５の上流側に設け被
計測流体の入口となる導入部であり、１２は計測流路５
の下流側に設け被計測流体の出口となる導出部である。
１３は計測流路５と導入部１１とを連結する上流側の屈
曲部であり、屈曲部１３は計測流路５の高さＨ方向に屈
曲している。１４は計測流路５と導出部１２とを連結す
る下流側の屈曲部であり、屈曲部１４は計測流路５の高
さＨ方向に屈曲している。１５は導入部１１から流入し
て導出部１２から流出する順方向流れ時での計測流路５
の高さＨ方向の速度分布Ｓを高さ中心に対して非対称化
させて高さＨ方向の流速の最大値の発生位置Ｔを高さ中
心から一方に偏らせる非対称流れ促進手段である。１５
ａは導出部１２から流入して導入部１１から流出する逆
方向流れ時での計測流路５の高さＨ方向の速度分布を高
さ中心に対して非対称化させて高さＨ方向の流速の最大
値の発生位置を高さ中心から一方に偏らせる非対称流れ
促進手段である。ここでは、非対称流れ促進手段１５は
上流側の屈曲部１３と、計測流路５の入口側の高さＨ方
向に設けた段差部１６と、計測流路５の入口側の高さＨ
方向の一方の端部１７と他方の端部１８の形状を異なら
せて形成した異形状部１９で形成され、非対称流れ促進
手段１５ａは下流側の屈曲部１４と、計測流路５の出口
側の高さＨ方向に設けた段差部１６ａと、計測流路５の
出口側の高さＨ方向の一方の端部１７ａと他方の端部１
８ａの形状を異ならせて形成した異形状部１９ａで形成
されている。また、段差部１６、１６ａは上流側および
下流側の屈曲部１３、１４の外周面１３ａ、１４ａ側に
設けられる。さらに、異形状部１９、１９ａは計測流路
５の入口側および出口側の高さＨ方向の一方の端部１
７、１７ａを先端にコーナーＲを設けない階段状とし、
他方の端部１８、１８ａは曲率を有し高さ方向に滑らか
に断面が変化する滑らか形状としている。２０は非対称
流れ促進手段１５と超音波伝搬路１０との間に設けた流
れ安定手段であり、計測流路５の断面を分割して流れ方
向を整える格子状の方向規制部２０ａと流速変動を低減
するメッシュなどの網状体で形成した変動抑制部２０ｂ
を備えている。流れ安定手段２０は非対称流れ促進手段
１５により非対称化した速度分布を保持させるととも
に、流れ方向や速度変動を整えて超音波伝搬路１０に流
れを送り込むものである。２１は超音波送受信器７，８
に接続され超音波の送受信をさせる計測制御部２２と、
計測制御部２２での信号を基に流速を計算し流量を算出
する演算部２３を備えた流量演算手段である。

【００２８】次に、この超音波流量計測装置の動作につ
いて説明する。まず、導入部１１より流入して導出部１
２から流出する順方向流れ時では、導入部１１から流入
した被計測流体は計測流路５の入口側に設けられた非対
称流れ促進手段１５により計測流路５の高さＨ方向の速
度分布が高さ中央に対して略対称ではなく非対称形をし
た形状となる。すなわち、計測流路５の流れが層流域あ
るいは層流から乱流に変わりつつある遷移域では、図１
の速度分布Ｓで示すように壁面から遠ざかるにつれて順
次速度が大きくなる放物線状の凸型であり最大流速の発
生位置Ｔが高さの中央付近よりわずかに一方側（図面下
方）に偏っている。これに対して計測流路５を流れる流
量が多くなり乱流域になると、図３（乱流域の速度分布
を示す超音波流量計測装置の縦断面図）の速度分布Ｒで
示すように高さ方向の速度変化は少なくなり比較的平坦
な高原状であるが最大流速の発生位置Ｕは高さの中央付
近より一方側（図面下方）に偏っている。非対称流れ促
進手段１５により生じた非対称化された速度分布は、流
れ安定手段２０により流れ方向を整えられるとともに速
度変動を安定化されて超音波伝搬路１０に達するまでそ
の速度分布形状を保持させるものである。次に、導出部
１２より流入して導入部１１から流出する逆方向流れ時
では、非対称流れ促進手段１５ａにより計測流路５の高
さＨ方向の速度分布が高さ中央に対して略対称ではなく
非対称形をした形状となり、順方向流れ時で説明したの
と同様に、最大流速の発生位置が高さの中央付近よりわ
ずかに一方側に偏った流速分布で超音波伝搬路１０を流
動する。

【００２９】次に超音波による流量計測動作を説明す
る。計測流路５では、高さ方向の速度分布を非対称化し
た流れに対して計測制御部２２の作用により超音波送受
信器７，８間で計測流路５の流路断面の幅Ｗを横切るよ
うにして超音波の送受が行われる。すなわち、上流側の
超音波送受信器７から発せられた超音波が下流側の超音
波送受信器８で受信されるまでの伝搬時間Ｔ１を計測す
る。また一方、下流側の超音波送受信器８から発せられ
た超音波が上流側の超音波送受信器７で受信されるまで
の伝搬時間Ｔ２を計測する。

【００３０】このようにして測定された伝搬時間Ｔ１お
よびＴ２を基に、以下の演算式により演算部２３で流量
が算出される。

【００３１】いま、計測流路５の流動方向の被計測流体
の流速Ｖと超音波伝搬路１０とのなす角度をθとし、超
音波送受信器７，８間の距離をＬ、被測定流体の音速を
Ｃとすると、流速Ｖは以下の式にて算出される。

【００３２】Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖcosθ） Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖcosθ） Ｔ１の逆数からＴ２の逆数を引き算する式より音速Ｃを
消去して Ｖ＝（Ｌ／２cosθ）（（１／Ｔ１）−（１／Ｔ２）） θおよびＬは既知なのでＴ１およびＴ２の値より流速Ｖ
が算出できる。いま、空気の流量を計ることを考え、角
度θ＝４５度、距離Ｌ＝７０mm、音速Ｃ＝３４０m/s、
流速Ｖ＝８m/sを想定すると、Ｔ１＝２．０×１０-4
秒、Ｔ２＝２．１×１０-4秒であり、瞬時計測ができ
る。

【００３３】ところが、ここで求めた流速Ｖは計測流路
５を斜めに横切る超音波伝搬路１０で計測したものであ
り、超音波伝搬路１０で計測した平均流速は断面位置に
より流れの発達状態が違うとともに高さＨ方向の断面で
は流路全域を計測していないため計測流路５に直交する
横断面全域から求めた平均流速とに差を生じる。しか
も、超音波伝搬路１０内の超音波の強度分布は超音波送
受信器７、８の中心軸側である中央が強くなる特性を持
つため、超音波伝搬路１０内の高さ方向の中心部を主体
に計測することになる。

【００３４】このため、補正係数を加えて流量を算出
し、計測流路５の流れ方向に直交する横断面積Ｓより、
流量Ｑは Ｑ＝ＫＶＳ ここで、Ｋは横断面積Ｓにおける流速分布を考慮した補
正係数である。

【００３５】このようにして演算部２３で流量を求める
ことができる。

【００３６】特に、非対称流れ促進手段１５が無い場合
では、層流域では放物線状の凸型となった最大流速部が
超音波伝搬路１０内の高さ方向の中央部に位置するた
め、補正係数は乱流域に比べてかなり小さい値となる。
従って、図４（非対称流れ促進手段が無い場合の補正係
数の特性図）に示すように層流域から乱流域に移行する
遷移域において補正係数が大きく変化し、計測流量に誤
差ΔＱmの発生により補正係数がΔＫ１と大きく変わる
ことにより誤差が拡大される。この誤差は流体の温度変
化あるいは流体の組成割合の変化などにより動粘性係数
が変わり、レイノルズ数の違いにより流れ状態の違いに
より発生したりする。特に、都市ガス、ＬＰＧ（液化石
油ガス）等の流量を計測する場合では、季節あるいは地
域の違いによるガス組成の変化が考えられる場合は考慮
する必要がある。さらに、近隣に配管接続された都市ガ
ス、ＬＰＧなどを燃料とするレシプロエンジンが運転さ
れるなどにより被計測流体の圧力脈動が発生し、圧力脈
動により流れ方向が短時間に順逆を繰り返す場合では計
測流量の誤差が大きくなり易いため補正係数による誤差
の拡大は発生し易くなる。

【００３７】図５は計測流路５の入口側に非対称流れ促
進手段１５を設置した場合の補正係数の流量変化特性を
示したものであり、計測流路５の高さ方向の速度分布を
中心より一方に偏らせることにより、高さ方向の速度分
布が凸型となる層流域では流速の最大値を偏らせて流速
の遅いところを多くして計測することにより補正係数を
大きくし、高さ方向の速度分布が比較的に平坦となる乱
流域では流速の最大値とあまり違わない流速域を計測す
ることで従来とあまり変わらない補正係数として層流域
と乱流域との補正係数の差を少なくでき、流速の大きい
本来乱流域の補正係数との差が小さくでき、層流から乱
流へ移行する遷移域でも補正係数の変化は小さく、補正
係数の平坦化がなされる。

【００３８】従って、計測流量に誤差ΔＱmを生じても
補正係数の変化はΔＫ２（Ｋ２＜Ｋ１）と十分小さくで
き、計測精度を高めた計測ができる。しかも、順方向流
れ、逆方向流れのいずれの場合において補正係数の平坦
化による計測精度の向上ができるだけでなく、流れ方向
が順逆を繰り返す脈動流れにおいても計測流量の補正係
数による誤差の拡大を防止できる。温度変化あるいは流
体の組成変化が有る場合は補正係数の平坦化は有効であ
り、特に組成変化および温度変化が考えられる都市ガ
ス、ＬＰＧなどの燃料ガスの流量を計測する場合で圧力
脈動が生じる場合はより一層精度を高めた計測が実現で
きる。

【００３９】このように、順方向、逆方向のいずれの流
れに対しても、高さ方向の速度分布が凸型となる層流域
では流速の最大値を偏らせて流速の遅いところを多くし
て計測することにより補正係数を大きくし、高さ方向の
速度分布が比較的に平坦となる乱流域では流速の最大値
とあまり違わない流速域を計測することで従来とあまり
変わらない補正係数として層流域と乱流域との補正係数
の差を少なくして流量計測範囲の全域にわたり補正係数
の変化を小さくでき、補正係数による誤差の拡大が防止
されて計測精度を高めることができ、脈動がある場合に
おいても脈動が無い場合と同様に補正係数による誤差の
拡大が防止できて計測精度を高めることができる。ま
た、流体の動粘性係数の変化によりレイノルズ数が変化
しても補正係数の変化が小さいので計測精度が維持さ
れ、流体温度変化や流体成分変化に対して強い計測装置
を実現でき、実用性を高めることができる。

【００４０】また、非対称流れ促進手段１５は導入部１
１と計測流路５および導出部１２と計測流路５とを計測
流路５の高さ方向に屈曲する屈曲部１３、１４を介して
連結することで形成することにより、順方向流れでは屈
曲部１３での遠心力の作用により屈曲部１３の外周面１
３ａ側の計測流路５の流路壁６ａに流れを偏らせ、逆方
向流れでは屈曲部１４での遠心力の作用により屈曲部１
４の外周面１４ａ側の計測流路５の流路壁６ａに流れを
偏らせて高さ方向の速度分布の非対称化させる。そし
て、順方向および逆方向いずれの方向の流れに対しても
屈曲部での遠心力の作用により屈曲部の外周側に流れを
偏らせて高さ方向の速度分布の非対称化させて補正係数
の流量変化特性を平坦化することができ、計測流路に対
して入口、出口となる導入部、導出部を屈曲させて配置
することにより、幅を小さくして小型化でき設置性を高
めることができる。

【００４１】また、非対称流れ促進手段１５は計測流路
５の入口側および出口側のそれぞれに計測流路５の高さ
方向に設けた段差部１６、１６ａで形成することによ
り、順逆いずれの方向の流れでも段差により流れに縮流
を発生させて流速分布を偏らせるとともに、段差の大き
さの調整により乱流域での計測流路１５の高さ方向の最
大流速位置の偏りを維持する流量の上限値を変えること
ができ、段差を大きくすることにより流量係数を平坦化
できる流量の上限値を高められ、計測範囲の要求仕様に
応じて段差の大きさを設定できる。このため広い計測範
囲に対して補正係数の流量変化特性の平坦化に適応で
き、計測範囲の異なる仕様への適応性を高めることがで
き生産性を向上できる。

【００４２】また、非対称流れ促進手段１５は計測流路
５の入口側および出口側のそれぞれに高さ方向の一方の
端部１７、１７ａと他方の端部１８、１８ａの形状を異
ならせて形成した異形状部１９、１９ａとすることによ
り、計測流路５の高さ方向の上下の両端部の形状を大き
く変えることで計測流路５の高さ方向での最大流速位置
の偏りを大きくでき、順方向および逆方向いずれの方向
の流れに対しても補正係数の流量変化特性の平坦性を促
進して計測精度を向上できる。

【００４３】また、非対称流れ促進手段１５は、計測流
路５の入口側の高さ方向に設けた段差部１６と、計測流
路５の入口側の高さ方向の一方の端部１７と他方の端部
１８を異ならせて形成した異形状部１９で形成すること
により、順方向および逆方向いずれの方向の流れに対し
ても段差の大きさの調整により計測範囲の異なる仕様に
対して補正係数の流量変化特性を平坦化できるととも
に、異形状部により計測流路の高さ方向での最大流速位
置の偏りを拡大して補正係数の流量変化特性の平坦性を
促進して、幅広い計測範囲に対して補正係数の平坦性を
促進して計測精度を向上できる。図６は他の実施例を示
したもので、導入部１１と計測流路５および導出部１２
と計測流路５を平行あるいは同軸上に配置し、計測流路
５の入口側および出口側の高さ方向の両端に段差部１
６、１６ａを設けるとともに、一方の端部１７、１７ａ
と他方の端部１８、１８ａの形状を異ならせて形成した
異形状部１９、１９ａで非対称流れ促進手段１５、１５
ａを形成しているもので、被計測流体の入口である導入
部１１と計測流路５および被計測流体の出口である導出
部１２と計測流路５とを短く接続してコンパクトな流路
構成ができる。

【００４４】また、非対称流れ促進手段１５は、導入部
１１と計測流路５および導出部１２と計測流路５とをそ
れぞれ接続する計測流路の高さ方向に屈曲する屈曲部１
３、１４と、屈曲部１３、１４の外周面１３ａ、１４ａ
側に連なる計測流路５の入口側および出口側に設けた段
差部１６、１６ａにより形成したものであり、屈曲部１
３、１４と段差部１６、１６ａの相互作用により順方向
および逆方向いずれの方向の流れに対しても計測流路５
の高さ方向の速度分布の非対称化を促進して幅広い計測
範囲に対して補正係数の平坦化を推進でき、計測範囲の
異なる仕様への適応性が高く小型コンパクト化な装置を
実現できる。

【００４５】また、非対称流れ促進手段１５は、導入部
１１と計測流路５および導出部１２と計測流路５とをそ
れぞれ接続する計測流路５の高さ方向に屈曲する屈曲部
１３、１４と、屈曲部１３、１４の外周面１３ａ、１４
ａ側に連なる計測流路５の入口側および出口側に設けた
段差部１６、１６ａと、計測流路５の入口側および出口
側の高さ方向の一方の端部１７、１７ａと他方の端部１
８、１８ａを異ならせて形成した異形状部１９、１９ａ
とにより形成したものであり、屈曲部１３、１４と段差
部１６、１６ａと異形状部１９、１９ａとの相互作用に
より順方向および逆方向いずれの方向の流れに対しても
幅広い計測範囲に対して補正係数の平坦化の推進と補正
係数の平坦性の向上により計測精度を高めることがで
き、小型コンパクト化による設置性の向上ができる。

【００４６】また、異形状部１９、１９ａは計測流路５
の入口側および出口側の高さ方向の一方の端部１７、１
７ａを階段状の段差部１６、１６ａとし、他方の端部１
８、１８ａは曲率を有する滑らか形状としたものであ
り、順逆いずれの方向の流れでも端部形状の違いにより
対称な流速分布とはならず、しかも階段状の段差により
縮流を発生させて計測流路５の高さ方向での最大流速位
置の偏りを大きくできるとともに、曲率を持ち滑らかに
変化する形状により順方向および逆方向いずれの方向の
流れに対しても流れの安定性を高めることができ計測精
度を安定化できる。

【００４７】図７は他の実施例を示し、また、異形状部
１９、１９ａは計測流路５の入口側および出口側の高さ
方向の一方の端部１７、１７ａと他方の端部１８、１８
ａの流れ方向の位置をΔＸ、ΔＸａずらして形成したも
のであり、順逆いずれの方向の流れでも計測流路５の高
さ方向の流入端部の位置が異なるため高さ方向の最大流
速位置の偏りを一層大きくでき、層流域となる低流量時
の補正係数の増大と乱流域となる大流量時の補正係数の
低減により補正係数の平坦性を向上できる。なお、ここ
では一方の端部１７、１７ａを階段状とし他方の端部１
８、１８ａには曲率を設けた場合を示したが、どちらの
端部１７、１７ａ、１８、１８ａも共に階段状としても
良く、またどちらの端部１７、１７ａ、１８、１８ａも
共に曲率を設けたても良いのは言うまでもない。

【００４８】図８は他の実施例を示し、２４は計測流路
１５の入口側および出口側に設けた整流体であり、計測
流路１５の入口側および出口側に設けたそれぞれの整流
体２４、２４は計測流路５の断面を分割する格子状とな
った流れ方向に長さの異なる方向規制部２４ａと流速変
動を低減するためにメッシュなどの網状体で形成した変
動抑制部２４ｂを備えることにより非対称流れ促進手段
１５、１５ａを形成している。このように方向規制部２
４ａの流れ方向の長さを計測流路５の高さ方向に対して
変化させることにより計測流路５の高さ方向で流れ抵抗
を異ならせたものであり、計測流路５の高さ方向の位置
による流れ抵抗を任意に異ならせることにより順方向お
よび逆方向のいずれの方向の流れに対しても高さ方向の
流速分布の非対称化を最適化でき、補正係数の平坦化を
向上できる。なお、非対称流れ促進手段１５、１５ａは
高さ方向で流れ抵抗を異ならせた整流体２４、２４のみ
で形成する場合を示したが、整流体２４と前述の屈曲部
１３、１４や段差部１６、１６ａあるいは異形状部１
９、１９ａと組合せることでより一層高さ方向の非対称
化を促進でき補正係数の平坦化を促進できるのは言うま
でもない。また、方向規制部２４ａの長さではなく格子
の大きさを変化させて流れ抵抗を異ならせても良く、変
動抑制部２４ｂの開口部の細かさを計測流路５の高さ方
向で変えることにより流れ抵抗を異ならせても良いのは
言うまでもない。

【００４９】また、流速最大値の発生位置は順方向およ
び逆方向いずれの方向の流れにおいても計測流路の高さ
中心に対して同一側（図１、図３、図６〜図８に示した
縦断面図において図面下方）に偏らせる非対称流れ促進
手段としたものであり、流れ方向が順逆を繰り返す脈動
流れ時において、流れ方向が変化する時に計測流路の縦
断面内での流速バランスを取り易くなり、渦状流れが防
止されたりたとえ発生しても渦の発生強度を低減でき、
渦による超音波の減衰あるいは反射などを低減でき感度
を高めた超音波の送受信がなされるとともに、流れ方向
が切り替わる時の流速バランスが良いため超音波伝搬路
での流れの安定化がなされて計測精度を向上できる。

【００５０】また、屈曲部１３、１４の曲がり方向は導
入部１１と導出部１２で同一方向としたものであり、計
測流路５に対して入口、出口となる導入部１１、導出部
１２を屈曲させて配置することにより、幅を小さくして
小型化できる。さらに、同一方向に屈曲させることによ
り、流速最大値の発生位置が計測流路の高さ中心に対し
て同一側に偏らせることができ流れが脈動して流れ方向
が順逆と変化する時において計測精度の向上ができると
ともに、外部配管との接続部を接近させて集約でき設置
性を一層向上できる。

【００５１】また、段差部１６、１６ａは入口側、出口
側ともに計測流路５の高さ方向の図面下側に配置し、異
形状部１９、１９ａは入口側、出口側ともに計測流路５
の高さ方向の図面下側を階段状とし図面上側に曲率を持
つ滑らか形状とし、あるいは異形状部１９、１９ａは入
口側、出口側ともに計測流路５の高さ方向の図面下側の
端部位置を計測流路５の超音波伝搬路１０側にずらすこ
とにより、段差部１６、１６ａあるいは異形状部１９、
１９ａは計測流路５の入口側と出口側で同一側に配置し
たものである。そして、計測流路５に屈曲部１３、１４
を介して導入部１１および導出部１２を同一方向に配置
する場合、あるいは導入部１１と導出部１２を同軸上あ
るいは計測流路５に平行に配置する場合のいずれにおい
ても、小型コンパクト化して設置性を高めた構成にでき
るとともに、順方向および逆方向いずれの方向の流れに
おいても流速最大値の発生位置を計測流路５の高さ中心
に対して同一側に偏らせて計測精度を向上できる。

【００５２】以上において、計測流路５の流路の断面は
幅Ｗ、高さＨの矩形の場合で説明したが、矩形のコーナ
ー部に僅かなＲを設けた略矩形や、台形、円形あるいは
楕円などの断面形状であっても良いのは言うまでもな
い。また、屈曲部は計測流路の高さ方向でかつ直角に曲
がる例を示したが、必ずしも直角に曲がる必要は無く曲
がりにより流体に遠心力が作用する程度の角度であれば
良く、さらに屈曲部は計測流路の幅方向にも傾きを持っ
ていても良いのは言うまでもない。

【００５３】（実施例２） 図９は本発明の実施例２を示す超音波流量計測装置の断
面図である。図９において、図１〜図８の実施例と同一
部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、
異なるところを中心に説明する。

【００５４】同軸上に配置した導入部１１と導出部１２
の中心軸である接続軸２５に対して計測流路５の中心軸
である計測流路軸２６を高さＨ方向に偏芯して配置し、
計測流路５の入口側の一方の端部１７に偏芯壁２７を形
成して非対称流れ促進手段１５を形成するとともに、計
測流路５の出口側の一方の端部１７ａに偏芯壁２７ａを
形成して非対称流れ促進手段１５ａを形成したものであ
る。偏芯壁２７、２７ａにはそれぞれ計測流路５の高さ
方向に対して滑らかに変化する曲率が設けられている。
なお、導入部１１と導出部１２の中心軸である接続軸２
５は同軸上に配置した場合を示したが、同軸上ではなく
計測流路５の計測流路軸２６と平行に配置しても偏芯部
２７を同様に形成できるのは言うまでもない。

【００５５】次に、この超音波流量計測装置の動作につ
いて説明する。導入部１１から流入した被計測流体の一
部は計測流路５の入口側に形成された偏芯壁２７に衝突
して計測流路５に流入し、計測流路５の入口側の高さ方
向の他方側では導入部１１から流入した被計測流体が壁
面に衝突することなく流入して、計測流路５内の高さ方
向流れ分布は中心軸である計測流路軸２６に対して非対
称となる。また、導出部１２から流入した被計測流体の
一部は計測流路５の出口側に形成された偏芯壁２７ａに
衝突して計測流路５に流入し、計測流路５の出口側の高
さ方向の他方側では導出部１２から流入した被計測流体
が壁面に衝突することなく流入して、計測流路５内の高
さ方向流れ分布は中心軸である計測流路軸２６に対して
非対称となる。

【００５６】このため、順方向および逆方向いずれの方
向の流れにおいても、層流域では流速の最大値を偏らせ
て流速の遅いところを多くして計測することにより補正
係数を大きくし、高さ方向の速度分布が比較的に平坦と
なる乱流域では流速の最大値とあまり違わない流速域を
計測することで従来とあまり変わらない補正係数として
層流域と乱流域との補正係数の差を少なくし、流量補正
係数の流量変化特性を平坦化でき、非対称流れ促進手段
１５、１５ａは導入部１１および導出部１２に対して計
測流路５を偏芯させて配置して流路形状を簡略化でき、
計測流路５と導入部１１および導出部１２を近接配置し
た小型化構成が可能となり、流路形状の簡略化と小型化
構成により加工性を高めて低コスト化できる。

【００５７】また、導入部１１と導出部１２は同軸上あ
るいは計測流路と平行に配置することにより、流路形状
の簡略化を一層促進し、導入部１１と導出部１２とを近
接配置でき、低コスト化と小型化を向上できる。

【００５８】図１０は他の実施例を示し、導入部１１お
よび導出部１２は同軸上に配置した接続軸２５を持ち、
この接続軸２５に対して計測流路５の中心軸である計測
流路軸２６を偏芯して配置し、計測流路５の入口側およ
び出口側の高さＨ方向の図面上下両端に段差を形成した
段差部１６および段差部１６ａを形成して非対称流れ促
進手段１５、１５ａとしたものであり、段差部１６、１
６ａは計測流路５の高さ方向に対して階段状の形状が設
けられている。ここで、階段状の形状となっている段差
部１６、１６ａにより計測流路５に流入する流れは順方
向および逆方向いずれの方向の流れにおいても、計測流
路５の高さ方向の中心に対して非対称化が促進されて補
正係数の平坦性を向上でき、導入部１１と導出部１２の
中心軸は同軸としているので流路形状の簡略化と小型化
を向上できる。

【００５９】なお、導入部１１と導出部１２とは計測流
路５と平行に配置する場合は完全な平行でなく略平行で
も良く、さらに図１０において計測流路５の入口側およ
び出口側の段差部１６、１６ａは図面上下の両端に設け
る場合を示したが、図面上下のいずれか一方に設けても
良いのは言うまでもない。

【００６０】（実施例３） 図１１は本発明の実施例３を示す超音波流量計測装置の
断面図である。図１１において、図１〜図１０の実施例
と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省
略し、異なるところを中心に説明する。

【００６１】２８は超音波送受信器７、８の中心軸であ
る送受信軸であり、この送受信軸２８は計測流路５の中
心軸である計測流路軸２６に対して図面下方にΔＹだけ
偏芯させて配置している。ここで、超音波送受信器７、
８はその送受信軸２８の偏芯方向を、速度分布Ｒで示す
ように最大流速の発生位置Ｕが存在する図面下方の方向
としたものである。図面下方の方向に最大流速の発生位
置Ｕが存在するのは、順方向の流れでは計測流路５の入
口側の屈曲部１３による遠心力作用により流れが外周面
１３ａ側に偏り、逆方向の流れでは計測流路５の出口側
の屈曲部１４による遠心力作用により流れが外周面１４
ａ側に偏るためであり、さらに外周面１３ａ、１４ａ側
に設けた段差部１６、１６ａと外周面１３ａ、１４ａ側
を階段状にした異形状部１９、１９ａによってその流れ
の偏りが大きくなるとともに大流量時でも流れの偏りが
維持されている。

【００６２】図１２は超音波送受信器７と計測流路５の
取付部の高さ関係を示した断面図である。図１２におい
て、２９はその内部に設けた圧電体３０を気密に収納す
るケース、３１はケース２９の外壁面に固定された音響
整合層、３２はケース２９と接合した封止体、３３は封
止体３２に設けた端子、３４は圧電体３０と端子３３と
を接続するリード線、３５は支持部３６を挟み込むよう
に保持し流路壁６に気密にかつ防振して取付ける振動伝
達抑止体、３７は振動伝達抑止体３５が流路壁６から脱
落しないように押さえる固定体である。ここで、超音波
送受信器７は計測流路５の高さ方向に対して偏芯して配
置されるとともに、超音波を被計測流体中に放出する音
響整合層３１の超音波放出面３８は計測流路５の高さ寸
法Ｈよりも小さくしている。なお、下流側の超音波送受
信器８についても同様であるので説明は省略する。

【００６３】次に動作を説明する。超音波送受信器７、
８は計測流路５の高さ方向の中心から偏芯させることに
より順方向および逆方向いずれの方向の流れにおいて
も、速度分布形状が凸型となる低流速の層流域において
は超音波伝搬路１０の高さ中心を最大流速値の発生位置
から遠ざかるため補正係数の値は大きくなり、大流量時
の乱流域の値に近づくように超音波送受信器７、８の高
さ方向の偏芯位置を設定して補正係数の変化が平坦な領
域を低流速側である低流量域に拡大できる。また、超音
波送受信器７、８の偏芯方向は高さ方向速度分布におい
て最大値が存在する方向とすることで、流速分布形状が
凸型となる層流域や遷移域では最大流速値の位置と壁面
との間の流速変化をより急峻にでき、超音波送受信器
７、８の高さ位置を僅かに調節することにより補正係数
の値を容易に変化させて低流量側へ補正係数の変化が平
坦な領域を拡大することができる。さらに、大流量側で
は流速の大きいところを計測して補正係数の値を小さく
なるようにして大流量側と低流量側の補正係数値の差を
低減して平坦性を向上でき、低流量域から大流量域の幅
広い流量域に対して補正係数の変化を平坦化できる。ま
た、超音波送受信器７、８は計測流路５の高さ方向の中
心から屈曲部１３、１４の外周面１３ａ、１４ａ側に偏
芯させて配置することで、屈曲部１３、１４での遠心力
の作用により順方向流れでは屈曲部１３の外周面１３ａ
側への流れの偏りは流量が増大するほど促進でき、逆方
向流れでは屈曲部１４の外周面１４ａ側への流れの偏り
は流量が増大するほど促進でき、いずれの方向に流れて
も高さ方向に偏芯させた超音波伝搬路１０に流速の大き
い領域の割合を高めて大流量域での補正係数を小さくで
き、しかもより一層大きい流量値において補正係数値を
低減でき、より広い計測範囲にわたり補正係数の平坦性
を一層向上できる。さらに、超音波送受信器７、８を高
さ方向に偏芯させることにより補正係数の平坦性が一層
向上しているので、流れ方向が短時間のうちに順逆と方
向が変化する脈動時でも補正係数による誤差の拡大が防
止されて計測精度を一層向上できる。

【００６４】また、超音波送受信器７、８は計測流路５
の高さ寸法Ｈよりも小さい超音波放出面３８を設けたも
ので、超音波送受信器７、８を多少偏芯させても超音波
放出面３８が流路壁６に隠されないように計測流路５に
対して設置できるため、超音波を有効に超音波伝搬路１
０へ放出でき、超音波の送受信感度の低下を防止するこ
とでＳ／Ｎを高めた超音波の送受信により計測精度を向
上できる。さらに、超音波送受信器７、８の送受信感度
が低下しない偏芯域が拡大できて偏芯の自由度が大きく
できるため、計測流路の高さ方向の代表部分の領域に超
音波を伝搬させて計測することができ、補正係数の平坦
性を向上できる。

【００６５】このように、超音波送受信器は計測流路の
高さ方向の中心から偏芯させて配置したものである。そ
して、超音波送受信器の高さ方向の偏芯位置を、層流状
態で流れる低流速域における補正係数の値が乱流域の値
に近い値になるように最適に偏芯させて設定でき、補正
係数の変化が平坦な領域を低流速側に拡大できるととも
に流れ方向が変化する脈動流れ時における計測制度を一
層向上できる。

【００６６】また、超音波送受信器の偏芯方向は高さ方
向速度分布において最大値が存在する方向としたもので
ある。そして、最大流速値を示す高さ位置と計測流路の
壁面との間でより急峻な流速変化が得られるため、超音
波送受信器の高さ位置の変化による補正係数の調節が容
易にでき、補正係数の変化が平坦な領域を低流量側によ
り一層拡大できる。さらに、乱流となる大流量側では流
速の大きいところを計測するため補正係数の値を低減で
き、大流量側と低流量側の補正係数値の差を小さくして
平坦性を向上できるとともに、幅広い流量域に対して補
正係数の変化を平坦化でき脈動流に対する計測精度を向
上できる。

【００６７】また、超音波送受信器は計測流路の高さ方
向の中心から屈曲部の外周面側に偏芯させて配置したも
のである。そして、屈曲部での遠心力の作用により屈曲
部の外周側への流れの偏りは流量が増大するほど促進で
きるために大流量域での補正係数を小さくでき、小流量
域での補正係数との差を縮小して広い計測範囲にわたり
補正係数の平坦性を向上できる。

【００６８】また、超音波送受信器は計測流路の高さ寸
法よりも小さい超音波放出面を設けたものである。そし
て、計測流路の高さ方向に超音波送受信器をいくらか偏
芯させて配置しても超音波を有効に超音波伝搬路へ放出
でき、超音波の送受信感度の低下を防止しＳ／Ｎを高め
た計測により計測精度を向上できる。さらに、偏芯自由
度が拡大でき、計測流路の高さ方向の代表部分の領域に
超音波を伝搬させて計測することで補正係数の平坦性を
向上できる。

【００６９】

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

【００７０】被計測流体の流れる計測流路と、前記計測
流路の上流側および下流側に設けた導入部および導出部
と、前記計測流路を超音波が横切って伝搬するように設
けた少なくとも一対の超音波送受信器と、前記超音波送
受信器間で超音波の送受信を行いその送受信信号に基づ
いて流量を算出する流量演算手段とを備え、超音波送受
信器を計測流路の中心部分に配置するとともに、前記計
測流路の入口側及び出口側には速度分布を非対称化して
流速の最大値の発生位置を計測流路の中心から一方に偏
らせる非対称流れ促進手段を設けたので、順方向および
逆方向いずれの方向の流れに対しても、速度分布が凸型
となる層流域では流速の最大値を偏らせて流速の遅いと
ころを多くして計測することにより補正係数を大きく
し、速度分布が比較的に平坦となる乱流域では流速の最
大値とあまり違わない流速域を計測することで従来とあ
まり変わらない補正係数として層流域と乱流域との補正
係数の差を少なくして平坦化することができ、脈動が有
る場合においても脈動が無い場合と同様に流量計測範囲
の全域にわたり補正係数の流量変化特性は平坦化され計
測精度の向上ができるという効果があり、流体の物性値
変化が生じても計測精度の維持がなされ、実用性、利便
性を高めることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の超音波流量計測装置の縦断
面図

【図２】本発明の実施例１の超音波流量計測装置の横断
面図

【図３】乱流域の速度分布を示す実施例１の超音波流量
計測装置の縦断面図

【図４】非対称流れ促進手段が無い場合の補正係数の特
性図

【図５】非対称流れ促進手段が有る場合の補正係数の特
性図

【図６】他の実施例を示す超音波流量計測装置の縦断面
部分図

【図７】他の実施例を示す超音波流量計測装置の縦断面
部分図

【図８】他の実施例を示す超音波流量計測装置の縦断面
部分図

【図９】本発明の実施例２の超音波流量計測装置の縦断
面図

【図１０】他の実施例を示す超音波流量計測装置の縦断
面図

【図１１】本発明の実施例３の超音波流量計測装置の縦
断面図

【図１２】実施例３における超音波送受信器部の縦断面
図

【図１３】従来の超音波流量計測装置の構成図

【符号の説明】

５ 計測流路 ７、８ 超音波送受信器 １１ 導入部 １２ 導出部 １３、１４ 屈曲部 １５、１５ａ 非対称流れ促進手段 １６、１６ａ 段差部 １９、１９ａ 異形状部 ２１ 流量演算手段 ３８ 超音波放出面

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被計測流体の流れる計測流路と、前記計
   測流路の上流側および下流側に設けた導入部および導出
   部と、前記計測流路を超音波が横切って伝搬するように
   設けた少なくとも一対の超音波送受信器と、前記超音波
   送受信器間で超音波の送受信を行いその送受信信号に基
   づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、超音波送
   受信器を計測流路の中心部分に配置するとともに、前記
   計測流路の入口側および出口側には速度分布を非対称化
   して流速の最大値の発生位置を計測流路の中心から一方
   に偏らせる非対称流れ促進手段を設けた超音波流量計測
   装置。
2. 【請求項２】 非対称流れ促進手段は計測流路に対して
   導入部及び導出部を偏心させて配置することで形成した
   請求項１記載の超音波流量計測装置。
3. 【請求項３】 非対称流れ促進手段は、導入部と計測流
   路および導出部と計測流路とを屈曲部を介してそれぞれ
   連結することで形成した請求項１記載の超音波流量計測
   装置。
4. 【請求項４】 非対称流れ促進手段は、計測流路の入口
   側および出口側に設けた段差部で形成した請求項１記載
   の超音波流量計測装置。
5. 【請求項５】 非対称流れ促進手段は、計測流路の入口
   側および出口側のそれぞれの一方の端部と他方の端部の
   形状を異ならせた異形状部で構成した請求項１記載の超
   音波流量計測装置。
6. 【請求項６】 非対称流れ促進手段は、計測流路の入口
   側および出口側に設けた段差部と、計測流路の入口側及
   び出口側のそれぞれの一方の端部と他方の端部の形状を
   異ならせた異形状部とで構成した請求項１記載の超音波
   流量計測装置。
7. 【請求項７】 非対称流れ促進手段は、導入部と計測流
   路及び導出部と計測流路とをそれぞれ接続する屈曲部
   と、前記屈曲部の外周面側に連なる計測流路の入口側及
   び出口側に設けた段差部とにより構成した請求項１記載
   の超音波流量計測装置。
8. 【請求項８】 非対称流れ促進手段は、導入部と計測流
   路および導出部と計測 流路とをそれぞれ接続する屈曲部
   と、前記屈曲部の外周面側に連なる計測流路の入口側お
   よび出口側に設けた段差部と、計測流路の入口側及び出
   口側のそれぞれの一方の端部と他方の端部の形状を異な
   らせて形成した異形状部とにより構成した請求項１記載
   の超音波流量計測装置。
9. 【請求項９】 非対称流れ促進手段は、計測流路の入口
   側および出口側に設けられ、流速分布の偏芯を促すよう
   に流れ抵抗を異ならせた整流体で構成した請求項１記載
   の超音波流量計測装置。
10. 【請求項１０】 異形状部は、計測流路の入口側および
    出口側のそれぞれの一方の端部を階段状とし、他方の端
    部は曲率を有する滑らか形状とした請求項５、６、８の
    いずれか１項に記載の超音波流量計測装置。
11. 【請求項１１】 異形状部は、計測流路の入口側および
    出口側のそれぞれの一方の端部と他方の端部の位置をず
    らして形成した請求項５、６、８、１０のいずれか１項
    に記載の超音波流量計測装置。
12. 【請求項１２】 導入部と導出部は同軸上あるいは計測
    流路に平行に配置した請求項２、４、５、６のいずれか
    １項に記載の超音波流量計測装置。
13. 【請求項１３】 流速最大値の発生位置は順方向および
    逆方向いずれの流れにおいても計測流路の中心に対して
    同一側に偏らせる非対称流れ促進手段とした請求項１記
    載の超音波流量計測装置。
14. 【請求項１４】 屈曲部の曲がり方向は導入部と導出部
    で同一方向とした請求項３、７、８いずれか１項記載の
    超音波流量計測装置。
15. 【請求項１５】 段差部あるいは異形状部は計測流路の
    入口側と出口側で同一側に配置した請求項４、５、６、
    ８、１０、１１いずれか１項記載の超音波流量計測装
    置。
16. 【請求項１６】 超音波送受信器は、計測流路の中心か
    ら偏心させて配置した請求項１記載の超音波流量計測装
    置。
17. 【請求項１７】 超音波送受信器は、計測流路の中心か
    ら屈曲部の外周面側に偏心させて配置した請求項３、
    ７、８のいずれか１項に記載の超音波流量計測装置。
18. 【請求項１８】 超音波送受信器は、計測流路よりも小
    さい超音波放出面を設けた請求項１記載の超音波流量計
    測装置。