JP3935357B2 - 超音波流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて管路内を流れる流体の流量を測定する超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、管路内を流れる流体の流量を測定する流量計として、超音波を用いた超音波流量計が知られている。
この超音波流量計は、流体が流れる測定用管体に、長手方向へ間隔をあけて振動子を有する測定部を設け、一方側の振動子から超音波を発信させて他方側の振動子にて受信させ、また、他方側の振動子から超音波を発信させて一方側の振動子にて受信させ、これらの超音波の伝搬時間の差から、測定用管体内の流体の流速を求め、この流速から流量を測定するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この超音波流量計は、それぞれの測定部間に、外部から振動が加わると、測定誤差が生じてしまい、測定データの特性がばらついて、流量の正確な測定に不具合が生じてしまうという問題があった。
【０００４】
また、流体の温度によって音速、つまりは超音波の速度が変化するので、流体の温度に合わせた換算値を用いて流量の測定を行うことが必要とされている。しかし、振動子から発信された超音波が、流体の温度以外の例えば外部の環境温度等に左右されると、流体の温度に応じて流量を換算補正したにもかかわらず、微少な温度変化によって音速が変化し、正確な流量の測定に不具合が生じてしまうという問題があった。
【０００５】
流体の温度による音速の変化について図を用いてより詳しく説明する。
図９は水（流体）の温度（℃）と音速（ｍ／ｓ）との関係を示したグラフ線図である。また、図１０（ａ）は水温２０℃の場合における時間Ｔ経過毎の基準流量の変化を示したグラフ線図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の基準流量に対する振動子の出力を示したグラフ線図である。また、図１１（ａ）は水温２９℃の場合における時間Ｔ経過毎の基準流量の変化を示したグラフ線図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の基準流量に対する振動子の出力を示したグラフ線図である。
なお、図１０（ａ），図１１（ａ）に示す流量Ｑ及び基準流量の単位は、１分当たりの流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示しており、また、基準流量は校正された流量計にて得られる超音波流量計の測定用管体に流れる流量を示している。
そして、これら図９から図１１に示されるグラフ線図から、振動子の出力に対する流量の換算値が得られる。
【０００６】
振動子から出力される超音波の音速は、流体の温度によって大きく変化することが一般的に知られており、図９に示す温度と音速との関係を示すグラフ線図に表すことができる。図９に示すグラフ線図によれば、音速は流体の温度が高くなるほど高くなることが読み取れる。
【０００７】
このような温度による音速の変化を考慮した上で、図１０（ａ）のグラフ線図に示すように、基準となる流量計を用いて水温２０℃の水を超音波流量計の測定用管体に時刻０から１分当たり１０００ｍＬと５００ｍＬとの２段階に分けて流す。前者の１段階目の流量については、時間間隔Ｔ１の間で流通させ、後者の２段階目の流量については、１段階目から連続するように時間間隔Ｔ２の間で流通させている。
【０００８】
すると、図１０（ｂ）に示すように、環境温度２４℃にて振動子から出力された超音波の出力は、水が流れる前の時刻０以前でほぼ横ばいで推移（Ａ参照）していたものが、水の流動開始（時刻０）に合わせて即座に変位幅Ｄ１で低下（Ｂ参照）していることが読み取れる。そして、水の流量が１０００ｍＬ／ｍｉｎから５００ｍｌ／ｍｉｎに変化（Ｃ参照）すると、出力はごく僅かな変位幅Ｄ２しか変化していないことが読み取れる。
出力の変位幅Ｄ１と変位幅Ｄ２との差は、図に示すようにＤ１≫Ｄ２であり、流量の変化における出力の変化よりも、環境温度と水温との差４℃の温度変化による出力の変化が大きいことがわかる。
【０００９】
次に、図１０のグラフ線図に比較して、図１１に示される水温２９℃の水を流した場合のグラフ線図について説明する。図１１（ａ）に示すように水温２９℃の水を、基準となる流量計を用いて超音波流量計の測定用管体に時刻０から１分当たり１０００ｍＬと５００ｍＬとの２段階に分けて流す。前者の１段階目の流量については、時間間隔Ｔ３の間で流通させ、後者の２段階目の流量については、１段階目から連続するように時間間隔Ｔ４の間で流通させている。
【００１０】
すると、図１１（ｂ）のグラフ線図に示すように、環境温度２４℃にて振動子から出力された超音波の出力は、図１０（ａ）と同様に水が流れる前の時刻０の段階で同じ位置で且つほぼ横ばいに推移（Ｅ参照）していたものが、水の流動開始（時刻０）に合わせて即座に変位幅Ｄ３で上昇（Ｆ参照）していることが読み取れる。そして、水の流量が１０００ｍＬ／ｍｉｎから５００ｍＬ／ｍｉｎに変化（Ｇ参照）すると、出力はごく僅かな変位幅Ｄ４しか変化していないことが読み取れる。
出力の変位幅Ｄ３と変位幅Ｄ４との差は、図に示すようにＤ３≫Ｄ４であり、流量の変化における出力の変化よりも、環境温度と水温との差５℃の温度変化による出力の変化が大きいことがわかる。
【００１１】
このように、超音波流量計においては、流体の温度変化における振動子出力の変化よりもごく僅かな出力領域で流量の変化を捉えている。そして、環境温度と流体の温度との差が大きい程、振動子出力が大きく変化することがわかる。
【００１２】
従って、流体の温度が外部の環境温度に少しでも左右されると、振動子出力が大きく変化することとなり、この振動子出力におけるごく僅かな変位幅で流量を測定することは測定誤差を招いてしまう可能性が高かった。
このように、超音波流量計では、環境温度によって精度よく流量を測定することが困難となる場合があった。
【００１３】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、外部からの振動による影響を最小限に抑え、また、外部の温度に影響されることなく正確に流量を測定することができる超音波流量計を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の超音波流量計は、流体が流される測定用管体と、該測定用管体に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部とを有し、これら測定部間での両方向の超音波の伝播時間の差から液体の流速を求めて流量を測定する超音波流量計であって、ベース部上に前記測定部同士よりも広い間隔をあけて一対の固定部が設けられた支持台に、間隔をあけて設けられた前記測定部の軸方向外方側における前記測定用管体を前記固定部に保持させることにより支持されており、前記固定部は、互いに突き合わされて固定される第１固定部材及び第２固定部材を有し、これら第１固定部材及び第２固定部材には、互いに突き合わされた際に前記測定用管体の外周を保持する孔部となる円弧状の保持凹部が形成され、前記保持凹部の表面は、周方向へ沿うＶ字状の係合溝を、保持する測定用管体の軸方向に間隔をあけて複数形成することにより凹凸形状とされ、前記保持凹部から形成される孔部は、その内径が前記測定用管体の外径よりも僅かに小さくされることで、前記固定部に前記測定用管体を固定した際に前記係合溝に前記測定用管体の外周部を食い込ませることを特徴としている。
また、請求項２記載の超音波流量計は、流体が流される測定用管体と、該測定用管体に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部とを有し、これら測定部間での両方向の超音波の伝播時間の差から液体の流速を求めて流量を測定する超音波流量計であって、ベース部上に前記測定部同士よりも広い間隔をあけて一対の固定部が設けられた支持台に、間隔をあけて設けられた前記測定部の軸方向外方側における前記測定用管体を前記固定部に保持させることにより支持されており、前記固定部は、上下に互いに突き合わされて固定される下部固定部材及び上部固定部材を有し、これら下部固定部材及び上部固定部材には、互いに突き合わされた際に前記測定用管体の外周を保持する孔部となる円弧状の保持凹部が形成され、前記保持凹部の表面は、周方向へ沿うＶ字状の係合溝を、保持する測定用管体の軸方向に間隔をあけて複数形成することにより凹凸形状とされ、前記保持凹部から形成される孔部は、その内径が前記測定用管体の外径よりも僅かに小さくされることで、前記固定部に前記測定用管体を固定した際に前記係合溝に前記測定用管体の外周部を食い込ませることを特徴としている。
このように、ベース部上に設けられた固定部によって、間隔をあけて設けられた測定部の軸方向外方側における測定用管体が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部間での測定の信頼性を高めることができる。
【００１５】
第１固定部材及び第２固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、第１固定部材と第２固定部とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００１６】
下部固定部材及び上部固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、下部固定部材と上部固定部材とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００１７】
各固定部材同士を突き合わせることにより形成される保持凹部からなる孔部が測定用管体の外径より僅かに小径に形成されているので、両固定部材によって測定用管体を確実に保持することができる。
【００１８】
保持凹部の表面が凹凸形状に形成されているので、測定用管体を確実に保持することができ、外部からの振動の影響をさらに低減させることができる。
【００１９】
保持凹部の表面が、周方向へ沿う係合溝によって凹凸形状に形成されているので、測定用管体における軸方向への振動を、係合溝によって確実に遮ることができる。
【００２０】
係合溝がＶ字状の溝部であるので、測定用管体の外周面を係合溝へ確実に食い込ませることができ、これにより、さらに確実に測定用管体を固定部に保持させることができる。
【００２１】
複数の係合溝が軸方向へ配列されて設けられているので、測定用管体に伝達する振動をさらに確実に遮断させることができる。
【００２２】
請求項３記載の超音波流量計は、請求項１または２記載の超音波流量計において、前記測定部を覆って、外部との熱の伝達を抑制する断熱手段が設けられていることを特徴としている。
このように、測定部が断熱手段によって覆われているので、外部の熱が測定部に伝達しにくくなり、また、測定部の温度が保持されることになる。つまり、測定用管体を流れる流体の温度が主として測定部に影響することになる。
【００２３】
請求項４記載の超音波流量計は、請求項３記載の超音波流量計において、前記断熱手段が、断熱材であることを特徴としている。
このように、断熱手段が断熱材によって構成されるので、断熱がより的確に行われ、例えば、測定部の形状に合わせて測定部を覆うことも可能となって、より的確な断熱を促すことになる。
【００２４】
請求項５記載の超音波流量計は、請求項３記載の超音波流量計において、前記断熱手段が、前記測定部を収容する筐体であることを特徴としている。
これにより、測定部は筐体の内部に収容されて外部からの熱の伝達を除去されることになる。筐体は、断熱作用をもつ熱伝導率の低い材料を用いることが好適であり、例えばＳＵＳ材等を用いることが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例の超音波流量計を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本発明に係る超音波流量計の第１の実施形態について説明する。
図１及び図２において、符号１は、超音波流量計である。この超音波流量計１は、例えば、塩化ビニールやフッ素樹脂等の耐薬品性に優れた合成樹脂から形成されて、内部に流体が流される測定用管体２と、この測定用管体２に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部３とを有している。
【００２６】
測定部３は、測定用管体２の外周に振動子５を密着させ、その外周側を保持チューブ６によって被覆した構造とされている。
なお、図中符号８は、振動子５のリード線である。
【００２７】
そして、上記のように構成された超音波流量計１は、支持台１１に支持されている。
この支持台１１は、両端部に、下方へ延在する脚部１２が設けられたベース部１３と、このベース部１３の上面側における両端部近傍に設けられた固定部１４とを有しており、これら固定部１４によって超音波流量計１の測定部３よりも軸方向外側がそれぞれ支持されている。
【００２８】
図３に示すように、固定部１４は、ベース部１３に固定される下部固定部材１４ａと、この下部固定部材１４ａの上部に固定される上部固定部材１４ｂとを有している。
これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂには、それぞれ対向面に円弧状の保持凹部２１が形成されており、これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂ同士を互いに突き合わせることにより、それぞれの保持凹部２１によって孔部２２が形成されるようになっている。
【００２９】
下部固定部材１４ａには、その下面側に一対のねじ孔２３が形成されており、このねじ孔２３に、ベース部１３に形成された取付孔２４へ、ベース部１３の下面側から挿通させたビス２５をねじ込むことにより、ベース部１３に下部固定部材１４ａがねじ止め固定されるようになっている。
【００３０】
また、下部固定部材１４ａには、その上面側に、一対の連結用ねじ孔２６が形成されており、上部固定部材１４ｂには、下部固定部材１４ａの上部に設置した際に、連結用ねじ孔２６と連通するねじ挿通孔２７が形成されている。
【００３１】
そして、下部固定部材１４ａの上部に上部固定部材１４ｂを設置し、保持凹部２１からなる孔部２２に超音波流量計１の測定用管体２を配設した状態にて、上部固定部材１４ｂのねじ挿通孔２７へ取付ねじ２８を挿通して連結用ねじ孔２６へねじ込むことにより、これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂ同士が締結されて連結され、保持凹部２１からなる孔部２２に超音波流量計１の測定用管体２が保持されるようになっている。
【００３２】
ここで、下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂの保持凹部２１からなる孔部２２は、その内径が測定用管体２の外径よりも僅かに小さくされている。
さらに、図４及び図５に示すように、これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂの保持凹部２１には、周方向に沿うＶ字状の複数の係合溝３１が、軸方向に間隔をあけて形成されている。
【００３３】
これにより、この固定部１４によって超音波流量計１の測定用管体２を固定した際に、図６に示すように、下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂの保持凹部２１の係合溝３１に測定用管体２の外周部が食い込むことにより、測定用管体２が確実に保持され、この測定用管体２の軸方向及び左右上下方向への変位が確実に防止される。
【００３４】
このように、上記超音波流量計１によれば、ベース部１３上に設けられた固定部１４によって、間隔をあけて設けられた測定部３の軸方向外方側における測定用管体２が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部１４にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部３間での測定の信頼性を高めることができる。
【００３５】
しかも、下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂに形成された保持凹部２１に測定用管体２を配置させた状態にて、下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとを突き合わせることにより、極めて容易に、測定用管体２の外周を保持することができる。
【００３６】
また、下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとを突き合わせることにより形成される保持凹部２１からなる孔部２２が測定用管体２の外径より僅かに小径に形成されているので、下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとによって測定用管体２を確実に保持することができる。
【００３７】
さらに、保持凹部２１の表面が、周方向へ沿って軸方向へ配列された複数の係合溝３１によって凹凸形状に形成されているので、測定用管体２における軸方向への振動を、係合溝３１によって確実に遮ることができる。
しかも、係合溝３１がＶ字状の溝部であるので、測定用管体２の外周面を係合溝３１へ確実に食い込ませることができ、これにより、さらに確実に測定用管体２を固定部１４に保持させることができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明に係る超音波流量計の第２の実施形態について図７を用いて説明する。
図７は、本実施形態における超音波流量計１ａを示しており、図７（ａ）は超音波流量計１ａの分解図、図７（ｂ）は該超音波流量計１ａの測定用管体２の軸線に平行な断面で見た断面図を示している。
図において、符号４は密着チューブ、１４は下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとからなる固定部、５０はベース部となる下部筐体５１と上部蓋体とからなる筐体（断熱手段）、５３，５４は上下の各断熱材（断熱手段）を示している。
なお、その他の符号については、上記第１の実施形態に説明した超音波流量計と同様であるため、その説明を省略する。
【００３９】
図７（ｂ）に示す筐体５０は、折り曲げによってコの字形状に形成された下部筐体５１と、下部筐体５１の上方側の開口部に合わせて平板形状に形成された上部蓋体５２とが組み合わされることによって構成されている。該筐体５０は、熱伝達率が比較的劣悪なＳＵＳ材とされ、全長は所定の間隔で設けられた測定部３の間隔以上の長さを有している。
下部筐体５１の長手方向における両端には、筐体５０のほぼ半分の高さで形成された下部固定部材１４ａが、第１の実施形態に示したベース部１３への取り付けと同様にそれぞれ下部筐体５１内に収容されるように固定されている。下部固定部材１４ａの上面には、円弧状の保持凹部２１が形成されており、対向配置される上部固定部材１４ｂの保持凹部と互いに突き合わせられことにより、それぞれの保持凹部２１によって孔部が形成されるようになっている。
【００４０】
上部固定部材１４ｂの上面には、上部固定部材１４ｂと下部固定部材１４ａとを締結させる取付ねじ２８用のねじ挿通孔２７が第１の実施形態と同様に一対形成され、さらにこの上面には上部蓋体５２を取り付けるための上部蓋体固定用ねじ５５用のねじ挿通孔５５ａが一対形成されている。もちろん、上部蓋体５２にも、上部蓋体固定用ねじ５５を挿通させるねじ挿通孔５５ｂが両側に一対づつ形成されている。
【００４１】
上下２分割とされた断熱材５３，５４は、材質が発砲スチロールとされ、これらを組み合わせた際に筐体５０の内部空間に収納可能となるような寸法に形成されている。そして、下側の断熱材５３の上面には、測定用管体２の形状に合わせて円弧状の凹所５３ｂが形成され、さらに両測定部３の位置に合わせて大きな半径の円弧とされた凹所５３ａが形成されている。
また、上側の断熱材５４においても、測定用管体２及び測定部３の形状に合わせて凹所が下側の断熱材５３と同様に形成されている。
【００４２】
測定部３の構成は、第１の実施形態に示した測定部３の構成とは異なり、密着チューブ４を介して振動子５が測定用管体２の外側に固定されている。つまり、振動子５から発信されたり、受信したりする超音波は、測定用管体２の外側に密着して固定された密着チューブ４を介して伝達されることになる。該密着チューブ４は、ゲル状の接着剤等によって固定されている。
【００４３】
そして、図７（ｂ）に示すように組み立てられた超音波流量計１ａは、筐体５０によって測定用管体２の両測定部３を覆い被せるような外観形状が形成されることになり、なお且つ、筐体５０内部の両測定部３とその間の測定用管体２とが断熱材５３，５４で覆い被されて構成されることになる。
これによって、超音波流量計１ａの内部と外部とが筐体５０によって隔てられて断熱されることなり、両測定部３の間が断熱材によってさらに外部と隔てられて断熱されることになる。
【００４４】
以上説明した本実施形態における超音波流量計１ａによれば、筐体５０の内部に設けられた固定部１４によって、間隔をあけて設けられた測定部３の軸方向外方側における測定用管体２が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部１４にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部３間での測定の信頼性を高めることができる。
【００４５】
また、筐体５０及び断熱材５３，５４によって測定用管体２内を流動する流体が外部の環境温度に影響されなくなるので、流体の温度が両測定部にて変化しなくなり、流体の温度に応じて正確な流量の測定を行うことが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態にて説明した超音波流量計１ａは、筐体５０の内部に断熱材５３，５４を備えた構成を用いて説明したが、これに限定解釈されるものではなく、筐体５０のみを測定用管体２の断熱手段としてもよい。これによれば、本実施形態に比較して断熱効果が減少することになるが、環境温度の変化が少ない場所に設置される場合であれば十分に機能を満たすことができ、また、断熱材５３，５４を使用しないので製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態の変形例として図８に示す超音波流量計１ｂとしてもよい。
図８は本実施形態の変形例を示した超音波流量計１ｂの構成及び構造を説明する図であって、（ａ）はその外観形状を示した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面における測定用管体２の軸線方向に沿った断面図である。
符号５１’は第１の実施形態と同様なコの字形状の下部筐体、５２’はＬ字形状とされた上部蓋体、６０は測定部３及び両測定部３間の測定用管体２の外周を覆うように設置された保護カバー、６１は下部筐体５１’の内部に充填された断熱材（断熱手段）を示している。また、符号Ｓは上部蓋体５２’によって形成された結線処理用空間、符号Ｊはリード線８とケーブル８ａとの結線部を示している。
【００４８】
下部筐体５１’は、コの字形状における開口部（符号Ｋ参照）が紙面において測定用管体２の軸線に沿うように右方に形成されており、この開口部に上部蓋体５２’を構成する壁部５２ｂ’が覆い被さるように取り付けられている。
また、下部筐体５１’の両側には、図７に説明した超音波流量計１ａと同様に固定部１４’が設けられている。該固定部１４’は、図８に示すようにコの字の配置方向に合わせて左右２つに分割されており、下部筐体５１’の開口側には右側固定部材１４ｂ’（第２固定部材）が備わり、測定用管体２を挟んで向き合う位置に左側固定部材１４ａ’（第１固定部材）が設けられている。つまり、ここでいう超音波流量計１ｂは、図７に示した超音波流量計１ａが測定用管体２の軸線を中心として９０度回転した状態とほぼ同等な配置とされ、該固定部１４’によって測定用管体２が固定されている。
【００４９】
また、下部筐体５１’を構成する上側の壁部５１ｂ’には、両側の測定部３のほぼ真上にそれぞれ位置したリード線通し孔５１ａ’が形成されている。これにより、振動子５のリード線８は、リード線通し孔５１ａ’から下部筐体５１’の外側に取り回され、該リード線８の端部が上部蓋体５２’により形成された結線処理用空間Ｓに位置することになる。
【００５０】
上部蓋体５２’は、測定用管体２の軸線に直交する断面がＬ字形状とされ、一方が平板状の壁部５２ｂ’とされ、また、他方が該壁部５２ｂ’に直角でなお且つ槽形状とされた壁部５２ｃ’とによって構成されている。そして、平板状の壁部５２ｂ’が複数の上部蓋体固定用ねじ５５‘によって下部筐体５１’の右側固定部材１４ｂ’に固定されることで、筐体５０’が組み立てられている。
槽形状の壁部５２ｃ’には、下部筐体５１’に形成されたリード線通し孔５１ａ’と相対するようにケーブル通し孔５２ａ’が形成されている。また、槽形状とされた壁部５２ｃ’の内側には、下部筐体５１’が組み合わされることによって結線処理用空間Ｓが形成されている。
【００５１】
結線処理用空間Ｓは、リード線８の結線処理によって生じた結線部Ｊを配置させる空洞の空間である。
リード線８は、振動子５から所定の長さを有しており、超音波流量計１ｂを構成する上で延長させる必要がある。そのため、リード線８は結線部Ｊにて微弱な信号を確実に測定用アンプ等に取り込こめるケーブル８ａと結線処理がなされ、リード線通し孔５１ａ’近傍で固定された後にケーブル通し孔５２ａ’から筐体５０’の外部に取り回される。
従って、結線処理用空間Ｓ内には、リード線８の結線部Ｊとリード線８あるいはケーブル８ａの固定箇所とが位置することになる。無論、上部蓋体５２’は、後述する断熱材６１の充填後でなお且つ、リード線８とケーブル８ａとの結線処理が終了した時点で下部筐体５１’に取り付けられる。
【００５２】
また、本変形例においても、筐体５０’の内部に断熱材６１を備えた構造としている。本変形例においては、下部筐体５１’の設けた固定部１４’にて測定用管体２を固定し、測定部３や測定用管体２の一部を樹脂等の保護カバー６０で覆った後に断熱材６１を充填した構成を示している。
【００５３】
より詳しく断熱材６１の構成及び充填作業について説明する。測定部３及び測定用管体２は流量の測定において重要な部分であるため、後述する断熱材６１の充填作業から保護される必要がある。これらを保護するために、測定部３及び測定用管体２は、例えばポリプロピレンの樹脂等を材質とした保護カバー６０によって覆われる。もちろん、リード線８の周囲や筐体５０’の隙間に同様な樹脂を用いて覆ってもよい。
そして、測定部３に保護カバー６０が設けられた後、発泡スチロール等の断熱材６１が下部筐体５１’内に充填される。これによって、下部筐体５１’内には断熱材６１が全域にわたって満たされることとなり、両測定部３及び両測定部３間の測定用管体２の断熱作用が得られることとなる。
なお、断熱材６１を予め筐体５０’の形状に合わせて形成した保護カバー６０の片面側に充填し、断熱材６１を備えた保護カバー６０を筐体５０’の内部に挿入することも可能である。
【００５４】
このような超音波流量計１ｂによれば、筐体５０’の剛性が向上して強度が高められるとともに断熱性をより向上させることができる。また、筐体５０’内に断熱材６１を容易に設けることができるので、断熱材６１を測定部３及び測定用管体２の形状に合わせて成形する必要がなくなり、製造コストを抑えることができる。また、リード線８の結線部Ｊが断熱材６１の外部で且つ上部蓋体５２’内側に位置することになり、結線処理の簡易化と結線部Ｊの保護を実現することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の超音波流量計によれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１，２記載の超音波流量計によれば、ベース部上に設けられた固定部によって、間隔をあけて設けられた測定部の軸方向外方側における測定用管体が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部間での測定の信頼性を高めることができる。
【００５６】
第１固定部材及び第２固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、第１固定部材と第２固定部材とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００５７】
下部固定部材及び上部固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、下部固定部材と上部固定部材とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００５８】
各固定部材同士を突き合わせることにより形成される保持凹部からなる孔部が測定用管体の外径より僅かに小径に形成されているので、固定部にて測定用管体を確実に保持することができる。
【００５９】
保持凹部の表面が凹凸形状に形成されているので、測定用管体を確実に保持することができ、外部からの振動の影響をさらに低減させることができる。
【００６０】
保持凹部の表面が、周方向へ沿う係合溝によって凹凸形状に形成されているので、測定用管体における軸方向への振動を、係合溝によって確実に遮ることができる。
【００６１】
係合溝がＶ字状の溝部であるので、測定用管体の外周面を係合溝へ確実に食い込ませることができ、これにより、さらに確実に測定用管体を固定部に保持させることができる。
【００６２】
複数の係合溝が軸方向へ配列されて設けられているので、測定用管体に伝達する振動をさらに確実に遮断させることができる。
【００６３】
請求項３記載の超音波流量計によれば、測定部を覆って外部との熱の伝達を抑制する断熱手段が設けられているので、外部の環境温度によって測定部を流動する流体の温度が左右されなくなり、安定した流体の温度に従って超音波の音速の変化から正確な流量の測定を行うことができる。
【００６４】
請求項４記載の超音波流量計によれば、断熱手段として断熱材を用いることとしたので、測定部の断熱がより的確に行われ、また、測定部の形状に合わせて測定部を覆うことも可能となり、流体の温度が外部の温度に影響されずにより正確な流量の測定を行うことができる。
【００６５】
請求項５記載の超音波流量計によれば、断熱手段として測定部を覆う筐体とされているので、外部の環境温度の影響を遮断して正確な流量の測定を行うことが可能となる。また、測定部を保護することができ、超音波流量計の信頼性、耐久性を向上させることができる。また、測定用管体を確実に固定して振動の影響を遮ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計の構成及び構造を説明する超音波流量計の斜視図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計の構成及び構造を説明する超音波流量計の側面図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構成及び構造を説明する固定部の分解断面図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構造を説明する固定部の平面図である。
【図５】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構造を説明する測定用管体の固定部分の一部の断面図である。
【図６】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構造を説明する測定用管体の固定部分の一部の断面拡大図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態における超音波流量計の構成及び構造を説明する図であって、（ａ）は超音波流量計の分解図、（ｂ）は測定用管体の軸線に沿った断面で見た超音波流量計の断面図である。
【図８】 第２の実施形態の変形例を示した超音波流量計の構成及び構造を説明する図であって、（ａ）は超音波流量計の斜視図、（ｂ）は測定用管体の軸線に沿ったＨ−Ｈ断面で見た超音波流量計の断面図である。
【図９】 水の温度と音速との関係を示したグラフ線図である。
【図１０】 水温２０℃における振動子出力を説明する実験データであって、（ａ）は時間Ｔにおける基準流量の変化を示したグラフ線図、（ｂ）は（ａ）に示した基準流量に対する振動子出力の変化を示したグラフ線図である。
【図１１】 水温２９℃における振動子出力を説明する実験データであって、（ａ）は時間Ｔにおける基準流量の変化を示したグラフ線図、（ｂ）は（ａ）に示した基準流量に対する振動子出力の変化を示したグラフ線図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 超音波流量計
２ 測定用管体
３ 測定部
５ 振動子
１１ 支持台
１３ ベース部
１４ 固定部
１４ａ 下部固定部材
１４ｂ 上部固定部材
１４ａ’ 左側固定部材（第１固定部材）
１４ｂ’ 右側固定部材（第２固定部材）
２１ 保持凹部
２２ 孔部
３１ 係合溝
５０，５０’ 筐体（断熱手段）
５１，５１’ 下部筐体（断熱手段，ベース部）
５２，５２’ 上部蓋体（断熱手段）
５３，５４ 断熱材（断熱手段）
６０ 保護カバー
６１ 断熱材
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて管路内を流れる流体の流量を測定する超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、管路内を流れる流体の流量を測定する流量計として、超音波を用いた超音波流量計が知られている。
この超音波流量計は、流体が流れる測定用管体に、長手方向へ間隔をあけて振動子を有する測定部を設け、一方側の振動子から超音波を発信させて他方側の振動子にて受信させ、また、他方側の振動子から超音波を発信させて一方側の振動子にて受信させ、これらの超音波の伝搬時間の差から、測定用管体内の流体の流速を求め、この流速から流量を測定するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この超音波流量計は、それぞれの測定部間に、外部から振動が加わると、測定誤差が生じてしまい、測定データの特性がばらついて、流量の正確な測定に不具合が生じてしまうという問題があった。
【０００４】
また、流体の温度によって音速、つまりは超音波の速度が変化するので、流体の温度に合わせた換算値を用いて流量の測定を行うことが必要とされている。しかし、振動子から発信された超音波が、流体の温度以外の例えば外部の環境温度等に左右されると、流体の温度に応じて流量を換算補正したにもかかわらず、微少な温度変化によって音速が変化し、正確な流量の測定に不具合が生じてしまうという問題があった。
【０００５】
流体の温度による音速の変化について図を用いてより詳しく説明する。
図９は水（流体）の温度（℃）と音速（ｍ／ｓ）との関係を示したグラフ線図である。また、図１０（ａ）は水温２０℃の場合における時間Ｔ経過毎の基準流量の変化を示したグラフ線図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の基準流量に対する振動子の出力を示したグラフ線図である。また、図１１（ａ）は水温２９℃の場合における時間Ｔ経過毎の基準流量の変化を示したグラフ線図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の基準流量に対する振動子の出力を示したグラフ線図である。
なお、図１０（ａ），図１１（ａ）に示す流量Ｑ及び基準流量の単位は、１分当たりの流量（ｍＬ／ｍｉｎ）を示しており、また、基準流量は校正された流量計にて得られる超音波流量計の測定用管体に流れる流量を示している。
そして、これら図９から図１１に示されるグラフ線図から、振動子の出力に対する流量の換算値が得られる。
【０００６】
振動子から出力される超音波の音速は、流体の温度によって大きく変化することが一般的に知られており、図９に示す温度と音速との関係を示すグラフ線図に表すことができる。図９に示すグラフ線図によれば、音速は流体の温度が高くなるほど高くなることが読み取れる。
【０００７】
このような温度による音速の変化を考慮した上で、図１０（ａ）のグラフ線図に示すように、基準となる流量計を用いて水温２０℃の水を超音波流量計の測定用管体に時刻０から１分当たり１０００ｍＬと５００ｍＬとの２段階に分けて流す。前者の１段階目の流量については、時間間隔Ｔ１の間で流通させ、後者の２段階目の流量については、１段階目から連続するように時間間隔Ｔ２の間で流通させている。
【０００８】
すると、図１０（ｂ）に示すように、環境温度２４℃にて振動子から出力された超音波の出力は、水が流れる前の時刻０以前でほぼ横ばいで推移（Ａ参照）していたものが、水の流動開始（時刻０）に合わせて即座に変位幅Ｄ１で低下（Ｂ参照）していることが読み取れる。そして、水の流量が１０００ｍＬ／ｍｉｎから５００ｍｌ／ｍｉｎに変化（Ｃ参照）すると、出力はごく僅かな変位幅Ｄ２しか変化していないことが読み取れる。
出力の変位幅Ｄ１と変位幅Ｄ２との差は、図に示すようにＤ１≫Ｄ２であり、流量の変化における出力の変化よりも、環境温度と水温との差４℃の温度変化による出力の変化が大きいことがわかる。
【０００９】
次に、図１０のグラフ線図に比較して、図１１に示される水温２９℃の水を流した場合のグラフ線図について説明する。図１１（ａ）に示すように水温２９℃の水を、基準となる流量計を用いて超音波流量計の測定用管体に時刻０から１分当たり１０００ｍＬと５００ｍＬとの２段階に分けて流す。前者の１段階目の流量については、時間間隔Ｔ３の間で流通させ、後者の２段階目の流量については、１段階目から連続するように時間間隔Ｔ４の間で流通させている。
【００１０】
すると、図１１（ｂ）のグラフ線図に示すように、環境温度２４℃にて振動子から出力された超音波の出力は、図１０（ａ）と同様に水が流れる前の時刻０の段階で同じ位置で且つほぼ横ばいに推移（Ｅ参照）していたものが、水の流動開始（時刻０）に合わせて即座に変位幅Ｄ３で上昇（Ｆ参照）していることが読み取れる。そして、水の流量が１０００ｍＬ／ｍｉｎから５００ｍＬ／ｍｉｎに変化（Ｇ参照）すると、出力はごく僅かな変位幅Ｄ４しか変化していないことが読み取れる。
出力の変位幅Ｄ３と変位幅Ｄ４との差は、図に示すようにＤ３≫Ｄ４であり、流量の変化における出力の変化よりも、環境温度と水温との差５℃の温度変化による出力の変化が大きいことがわかる。
【００１１】
このように、超音波流量計においては、流体の温度変化における振動子出力の変化よりもごく僅かな出力領域で流量の変化を捉えている。そして、環境温度と流体の温度との差が大きい程、振動子出力が大きく変化することがわかる。
【００１２】
従って、流体の温度が外部の環境温度に少しでも左右されると、振動子出力が大きく変化することとなり、この振動子出力におけるごく僅かな変位幅で流量を測定することは測定誤差を招いてしまう可能性が高かった。
このように、超音波流量計では、環境温度によって精度よく流量を測定することが困難となる場合があった。
【００１３】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、外部からの振動による影響を最小限に抑え、また、外部の温度に影響されることなく正確に流量を測定することができる超音波流量計を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の超音波流量計は、流体が流される測定用管体と、該測定用管体に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部とを有し、これら測定部間での両方向の超音波の伝播時間の差から液体の流速を求めて流量を測定する超音波流量計であって、ベース部上に前記測定部同士よりも広い間隔をあけて一対の固定部が設けられた支持台に、間隔をあけて設けられた前記測定部の軸方向外方側における前記測定用管体を前記固定部に保持させることにより支持されており、前記固定部は、互いに突き合わされて固定される第１固定部材及び第２固定部材を有し、これら第１固定部材及び第２固定部材には、互いに突き合わされた際に前記測定用管体の外周を保持する孔部となる円弧状の保持凹部が形成され、前記保持凹部の表面は、周方向へ沿うＶ字状の係合溝を、保持する測定用管体の軸方向に間隔をあけて複数形成することにより凹凸形状とされ、前記保持凹部から形成される孔部は、その内径が前記測定用管体の外径よりも僅かに小さくされることで、前記固定部に前記測定用管体を固定した際に前記係合溝に前記測定用管体の外周部を食い込ませることを特徴としている。
また、請求項２記載の超音波流量計は、流体が流される測定用管体と、該測定用管体に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部とを有し、これら測定部間での両方向の超音波の伝播時間の差から液体の流速を求めて流量を測定する超音波流量計であって、ベース部上に前記測定部同士よりも広い間隔をあけて一対の固定部が設けられた支持台に、間隔をあけて設けられた前記測定部の軸方向外方側における前記測定用管体を前記固定部に保持させることにより支持されており、前記固定部は、上下に互いに突き合わされて固定される下部固定部材及び上部固定部材を有し、これら下部固定部材及び上部固定部材には、互いに突き合わされた際に前記測定用管体の外周を保持する孔部となる円弧状の保持凹部が形成され、前記保持凹部の表面は、周方向へ沿うＶ字状の係合溝を、保持する測定用管体の軸方向に間隔をあけて複数形成することにより凹凸形状とされ、前記保持凹部から形成される孔部は、その内径が前記測定用管体の外径よりも僅かに小さくされることで、前記固定部に前記測定用管体を固定した際に前記係合溝に前記測定用管体の外周部を食い込ませることを特徴としている。
このように、ベース部上に設けられた固定部によって、間隔をあけて設けられた測定部の軸方向外方側における測定用管体が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部間での測定の信頼性を高めることができる。
【００１５】
第１固定部材及び第２固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、第１固定部材と第２固定部とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００１６】
下部固定部材及び上部固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、下部固定部材と上部固定部材とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００１７】
各固定部材同士を突き合わせることにより形成される保持凹部からなる孔部が測定用管体の外径より僅かに小径に形成されているので、両固定部材によって測定用管体を確実に保持することができる。
【００１８】
保持凹部の表面が凹凸形状に形成されているので、測定用管体を確実に保持することができ、外部からの振動の影響をさらに低減させることができる。
【００１９】
保持凹部の表面が、周方向へ沿う係合溝によって凹凸形状に形成されているので、測定用管体における軸方向への振動を、係合溝によって確実に遮ることができる。
【００２０】
係合溝がＶ字状の溝部であるので、測定用管体の外周面を係合溝へ確実に食い込ませることができ、これにより、さらに確実に測定用管体を固定部に保持させることができる。
【００２１】
複数の係合溝が軸方向へ配列されて設けられているので、測定用管体に伝達する振動をさらに確実に遮断させることができる。
【００２２】
請求項３記載の超音波流量計は、請求項１または２記載の超音波流量計において、前記測定部を覆って、外部との熱の伝達を抑制する断熱手段が設けられていることを特徴としている。
このように、測定部が断熱手段によって覆われているので、外部の熱が測定部に伝達しにくくなり、また、測定部の温度が保持されることになる。つまり、測定用管体を流れる流体の温度が主として測定部に影響することになる。
【００２３】
請求項４記載の超音波流量計は、請求項３記載の超音波流量計において、前記断熱手段が、断熱材であることを特徴としている。
このように、断熱手段が断熱材によって構成されるので、断熱がより的確に行われ、例えば、測定部の形状に合わせて測定部を覆うことも可能となって、より的確な断熱を促すことになる。
【００２４】
請求項５記載の超音波流量計は、請求項３記載の超音波流量計において、前記断熱手段が、前記測定部を収容する筐体であることを特徴としている。
これにより、測定部は筐体の内部に収容されて外部からの熱の伝達を除去されることになる。筐体は、断熱作用をもつ熱伝導率の低い材料を用いることが好適であり、例えばＳＵＳ材等を用いることが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例の超音波流量計を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本発明に係る超音波流量計の第１の実施形態について説明する。
図１及び図２において、符号１は、超音波流量計である。この超音波流量計１は、例えば、塩化ビニールやフッ素樹脂等の耐薬品性に優れた合成樹脂から形成されて、内部に流体が流される測定用管体２と、この測定用管体２に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部３とを有している。
【００２６】
測定部３は、測定用管体２の外周に振動子５を密着させ、その外周側を保持チューブ６によって被覆した構造とされている。
なお、図中符号８は、振動子５のリード線である。
【００２７】
そして、上記のように構成された超音波流量計１は、支持台１１に支持されている。
この支持台１１は、両端部に、下方へ延在する脚部１２が設けられたベース部１３と、このベース部１３の上面側における両端部近傍に設けられた固定部１４とを有しており、これら固定部１４によって超音波流量計１の測定部３よりも軸方向外側がそれぞれ支持されている。
【００２８】
図３に示すように、固定部１４は、ベース部１３に固定される下部固定部材１４ａと、この下部固定部材１４ａの上部に固定される上部固定部材１４ｂとを有している。
これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂには、それぞれ対向面に円弧状の保持凹部２１が形成されており、これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂ同士を互いに突き合わせることにより、それぞれの保持凹部２１によって孔部２２が形成されるようになっている。
【００２９】
下部固定部材１４ａには、その下面側に一対のねじ孔２３が形成されており、このねじ孔２３に、ベース部１３に形成された取付孔２４へ、ベース部１３の下面側から挿通させたビス２５をねじ込むことにより、ベース部１３に下部固定部材１４ａがねじ止め固定されるようになっている。
【００３０】
また、下部固定部材１４ａには、その上面側に、一対の連結用ねじ孔２６が形成されており、上部固定部材１４ｂには、下部固定部材１４ａの上部に設置した際に、連結用ねじ孔２６と連通するねじ挿通孔２７が形成されている。
【００３１】
そして、下部固定部材１４ａの上部に上部固定部材１４ｂを設置し、保持凹部２１からなる孔部２２に超音波流量計１の測定用管体２を配設した状態にて、上部固定部材１４ｂのねじ挿通孔２７へ取付ねじ２８を挿通して連結用ねじ孔２６へねじ込むことにより、これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂ同士が締結されて連結され、保持凹部２１からなる孔部２２に超音波流量計１の測定用管体２が保持されるようになっている。
【００３２】
ここで、下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂの保持凹部２１からなる孔部２２は、その内径が測定用管体２の外径よりも僅かに小さくされている。
さらに、図４及び図５に示すように、これら下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂの保持凹部２１には、周方向に沿うＶ字状の複数の係合溝３１が、軸方向に間隔をあけて形成されている。
【００３３】
これにより、この固定部１４によって超音波流量計１の測定用管体２を固定した際に、図６に示すように、下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂの保持凹部２１の係合溝３１に測定用管体２の外周部が食い込むことにより、測定用管体２が確実に保持され、この測定用管体２の軸方向及び左右上下方向への変位が確実に防止される。
【００３４】
このように、上記超音波流量計１によれば、ベース部１３上に設けられた固定部１４によって、間隔をあけて設けられた測定部３の軸方向外方側における測定用管体２が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部１４にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部３間での測定の信頼性を高めることができる。
【００３５】
しかも、下部固定部材１４ａ及び上部固定部材１４ｂに形成された保持凹部２１に測定用管体２を配置させた状態にて、下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとを突き合わせることにより、極めて容易に、測定用管体２の外周を保持することができる。
【００３６】
また、下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとを突き合わせることにより形成される保持凹部２１からなる孔部２２が測定用管体２の外径より僅かに小径に形成されているので、下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとによって測定用管体２を確実に保持することができる。
【００３７】
さらに、保持凹部２１の表面が、周方向へ沿って軸方向へ配列された複数の係合溝３１によって凹凸形状に形成されているので、測定用管体２における軸方向への振動を、係合溝３１によって確実に遮ることができる。
しかも、係合溝３１がＶ字状の溝部であるので、測定用管体２の外周面を係合溝３１へ確実に食い込ませることができ、これにより、さらに確実に測定用管体２を固定部１４に保持させることができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明に係る超音波流量計の第２の実施形態について図７を用いて説明する。
図７は、本実施形態における超音波流量計１ａを示しており、図７（ａ）は超音波流量計１ａの分解図、図７（ｂ）は該超音波流量計１ａの測定用管体２の軸線に平行な断面で見た断面図を示している。
図において、符号４は密着チューブ、１４は下部固定部材１４ａと上部固定部材１４ｂとからなる固定部、５０はベース部となる下部筐体５１と上部蓋体とからなる筐体（断熱手段）、５３，５４は上下の各断熱材（断熱手段）を示している。
なお、その他の符号については、上記第１の実施形態に説明した超音波流量計と同様であるため、その説明を省略する。
【００３９】
図７（ｂ）に示す筐体５０は、折り曲げによってコの字形状に形成された下部筐体５１と、下部筐体５１の上方側の開口部に合わせて平板形状に形成された上部蓋体５２とが組み合わされることによって構成されている。該筐体５０は、熱伝達率が比較的劣悪なＳＵＳ材とされ、全長は所定の間隔で設けられた測定部３の間隔以上の長さを有している。
下部筐体５１の長手方向における両端には、筐体５０のほぼ半分の高さで形成された下部固定部材１４ａが、第１の実施形態に示したベース部１３への取り付けと同様にそれぞれ下部筐体５１内に収容されるように固定されている。下部固定部材１４ａの上面には、円弧状の保持凹部２１が形成されており、対向配置される上部固定部材１４ｂの保持凹部と互いに突き合わせられことにより、それぞれの保持凹部２１によって孔部が形成されるようになっている。
【００４０】
上部固定部材１４ｂの上面には、上部固定部材１４ｂと下部固定部材１４ａとを締結させる取付ねじ２８用のねじ挿通孔２７が第１の実施形態と同様に一対形成され、さらにこの上面には上部蓋体５２を取り付けるための上部蓋体固定用ねじ５５用のねじ挿通孔５５ａが一対形成されている。もちろん、上部蓋体５２にも、上部蓋体固定用ねじ５５を挿通させるねじ挿通孔５５ｂが両側に一対づつ形成されている。
【００４１】
上下２分割とされた断熱材５３，５４は、材質が発砲スチロールとされ、これらを組み合わせた際に筐体５０の内部空間に収納可能となるような寸法に形成されている。そして、下側の断熱材５３の上面には、測定用管体２の形状に合わせて円弧状の凹所５３ｂが形成され、さらに両測定部３の位置に合わせて大きな半径の円弧とされた凹所５３ａが形成されている。
また、上側の断熱材５４においても、測定用管体２及び測定部３の形状に合わせて凹所が下側の断熱材５３と同様に形成されている。
【００４２】
測定部３の構成は、第１の実施形態に示した測定部３の構成とは異なり、密着チューブ４を介して振動子５が測定用管体２の外側に固定されている。つまり、振動子５から発信されたり、受信したりする超音波は、測定用管体２の外側に密着して固定された密着チューブ４を介して伝達されることになる。該密着チューブ４は、ゲル状の接着剤等によって固定されている。
【００４３】
そして、図７（ｂ）に示すように組み立てられた超音波流量計１ａは、筐体５０によって測定用管体２の両測定部３を覆い被せるような外観形状が形成されることになり、なお且つ、筐体５０内部の両測定部３とその間の測定用管体２とが断熱材５３，５４で覆い被されて構成されることになる。
これによって、超音波流量計１ａの内部と外部とが筐体５０によって隔てられて断熱されることなり、両測定部３の間が断熱材によってさらに外部と隔てられて断熱されることになる。
【００４４】
以上説明した本実施形態における超音波流量計１ａによれば、筐体５０の内部に設けられた固定部１４によって、間隔をあけて設けられた測定部３の軸方向外方側における測定用管体２が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部１４にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部３間での測定の信頼性を高めることができる。
【００４５】
また、筐体５０及び断熱材５３，５４によって測定用管体２内を流動する流体が外部の環境温度に影響されなくなるので、流体の温度が両測定部にて変化しなくなり、流体の温度に応じて正確な流量の測定を行うことが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態にて説明した超音波流量計１ａは、筐体５０の内部に断熱材５３，５４を備えた構成を用いて説明したが、これに限定解釈されるものではなく、筐体５０のみを測定用管体２の断熱手段としてもよい。これによれば、本実施形態に比較して断熱効果が減少することになるが、環境温度の変化が少ない場所に設置される場合であれば十分に機能を満たすことができ、また、断熱材５３，５４を使用しないので製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態の変形例として図８に示す超音波流量計１ｂとしてもよい。
図８は本実施形態の変形例を示した超音波流量計１ｂの構成及び構造を説明する図であって、（ａ）はその外観形状を示した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面における測定用管体２の軸線方向に沿った断面図である。
符号５１’は第１の実施形態と同様なコの字形状の下部筐体、５２’はＬ字形状とされた上部蓋体、６０は測定部３及び両測定部３間の測定用管体２の外周を覆うように設置された保護カバー、６１は下部筐体５１’の内部に充填された断熱材（断熱手段）を示している。また、符号Ｓは上部蓋体５２’によって形成された結線処理用空間、符号Ｊはリード線８とケーブル８ａとの結線部を示している。
【００４８】
下部筐体５１’は、コの字形状における開口部（符号Ｋ参照）が紙面において測定用管体２の軸線に沿うように右方に形成されており、この開口部に上部蓋体５２’を構成する壁部５２ｂ’が覆い被さるように取り付けられている。
また、下部筐体５１’の両側には、図７に説明した超音波流量計１ａと同様に固定部１４’が設けられている。該固定部１４’は、図８に示すようにコの字の配置方向に合わせて左右２つに分割されており、下部筐体５１’の開口側には右側固定部材１４ｂ’（第２固定部材）が備わり、測定用管体２を挟んで向き合う位置に左側固定部材１４ａ’（第１固定部材）が設けられている。つまり、ここでいう超音波流量計１ｂは、図７に示した超音波流量計１ａが測定用管体２の軸線を中心として９０度回転した状態とほぼ同等な配置とされ、該固定部１４’によって測定用管体２が固定されている。
【００４９】
また、下部筐体５１’を構成する上側の壁部５１ｂ’には、両側の測定部３のほぼ真上にそれぞれ位置したリード線通し孔５１ａ’が形成されている。これにより、振動子５のリード線８は、リード線通し孔５１ａ’から下部筐体５１’の外側に取り回され、該リード線８の端部が上部蓋体５２’により形成された結線処理用空間Ｓに位置することになる。
【００５０】
上部蓋体５２’は、測定用管体２の軸線に直交する断面がＬ字形状とされ、一方が平板状の壁部５２ｂ’とされ、また、他方が該壁部５２ｂ’に直角でなお且つ槽形状とされた壁部５２ｃ’とによって構成されている。そして、平板状の壁部５２ｂ’が複数の上部蓋体固定用ねじ５５‘によって下部筐体５１’の右側固定部材１４ｂ’に固定されることで、筐体５０’が組み立てられている。
槽形状の壁部５２ｃ’には、下部筐体５１’に形成されたリード線通し孔５１ａ’と相対するようにケーブル通し孔５２ａ’が形成されている。また、槽形状とされた壁部５２ｃ’の内側には、下部筐体５１’が組み合わされることによって結線処理用空間Ｓが形成されている。
【００５１】
結線処理用空間Ｓは、リード線８の結線処理によって生じた結線部Ｊを配置させる空洞の空間である。
リード線８は、振動子５から所定の長さを有しており、超音波流量計１ｂを構成する上で延長させる必要がある。そのため、リード線８は結線部Ｊにて微弱な信号を確実に測定用アンプ等に取り込こめるケーブル８ａと結線処理がなされ、リード線通し孔５１ａ’近傍で固定された後にケーブル通し孔５２ａ’から筐体５０’の外部に取り回される。
従って、結線処理用空間Ｓ内には、リード線８の結線部Ｊとリード線８あるいはケーブル８ａの固定箇所とが位置することになる。無論、上部蓋体５２’は、後述する断熱材６１の充填後でなお且つ、リード線８とケーブル８ａとの結線処理が終了した時点で下部筐体５１’に取り付けられる。
【００５２】
また、本変形例においても、筐体５０’の内部に断熱材６１を備えた構造としている。本変形例においては、下部筐体５１’の設けた固定部１４’にて測定用管体２を固定し、測定部３や測定用管体２の一部を樹脂等の保護カバー６０で覆った後に断熱材６１を充填した構成を示している。
【００５３】
より詳しく断熱材６１の構成及び充填作業について説明する。測定部３及び測定用管体２は流量の測定において重要な部分であるため、後述する断熱材６１の充填作業から保護される必要がある。これらを保護するために、測定部３及び測定用管体２は、例えばポリプロピレンの樹脂等を材質とした保護カバー６０によって覆われる。もちろん、リード線８の周囲や筐体５０’の隙間に同様な樹脂を用いて覆ってもよい。
そして、測定部３に保護カバー６０が設けられた後、発泡スチロール等の断熱材６１が下部筐体５１’内に充填される。これによって、下部筐体５１’内には断熱材６１が全域にわたって満たされることとなり、両測定部３及び両測定部３間の測定用管体２の断熱作用が得られることとなる。
なお、断熱材６１を予め筐体５０’の形状に合わせて形成した保護カバー６０の片面側に充填し、断熱材６１を備えた保護カバー６０を筐体５０’の内部に挿入することも可能である。
【００５４】
このような超音波流量計１ｂによれば、筐体５０’の剛性が向上して強度が高められるとともに断熱性をより向上させることができる。また、筐体５０’内に断熱材６１を容易に設けることができるので、断熱材６１を測定部３及び測定用管体２の形状に合わせて成形する必要がなくなり、製造コストを抑えることができる。また、リード線８の結線部Ｊが断熱材６１の外部で且つ上部蓋体５２’内側に位置することになり、結線処理の簡易化と結線部Ｊの保護を実現することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の超音波流量計によれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１，２記載の超音波流量計によれば、ベース部上に設けられた固定部によって、間隔をあけて設けられた測定部の軸方向外方側における測定用管体が保持されて支持されているので、外部からの振動を固定部にて遮ることができ、これにより、外部からの振動の影響を受け易い測定部間での測定の信頼性を高めることができる。
【００５６】
第１固定部材及び第２固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、第１固定部材と第２固定部材とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００５７】
下部固定部材及び上部固定部材に形成された保持凹部に測定用管体を配置させた状態にて、下部固定部材と上部固定部材とを突き合わせれば、極めて容易に、測定用管体の外周を保持することができる。
【００５８】
各固定部材同士を突き合わせることにより形成される保持凹部からなる孔部が測定用管体の外径より僅かに小径に形成されているので、固定部にて測定用管体を確実に保持することができる。
【００５９】
保持凹部の表面が凹凸形状に形成されているので、測定用管体を確実に保持することができ、外部からの振動の影響をさらに低減させることができる。
【００６０】
保持凹部の表面が、周方向へ沿う係合溝によって凹凸形状に形成されているので、測定用管体における軸方向への振動を、係合溝によって確実に遮ることができる。
【００６１】
係合溝がＶ字状の溝部であるので、測定用管体の外周面を係合溝へ確実に食い込ませることができ、これにより、さらに確実に測定用管体を固定部に保持させることができる。
【００６２】
複数の係合溝が軸方向へ配列されて設けられているので、測定用管体に伝達する振動をさらに確実に遮断させることができる。
【００６３】
請求項３記載の超音波流量計によれば、測定部を覆って外部との熱の伝達を抑制する断熱手段が設けられているので、外部の環境温度によって測定部を流動する流体の温度が左右されなくなり、安定した流体の温度に従って超音波の音速の変化から正確な流量の測定を行うことができる。
【００６４】
請求項４記載の超音波流量計によれば、断熱手段として断熱材を用いることとしたので、測定部の断熱がより的確に行われ、また、測定部の形状に合わせて測定部を覆うことも可能となり、流体の温度が外部の温度に影響されずにより正確な流量の測定を行うことができる。
【００６５】
請求項５記載の超音波流量計によれば、断熱手段として測定部を覆う筐体とされているので、外部の環境温度の影響を遮断して正確な流量の測定を行うことが可能となる。また、測定部を保護することができ、超音波流量計の信頼性、耐久性を向上させることができる。また、測定用管体を確実に固定して振動の影響を遮ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計の構成及び構造を説明する超音波流量計の斜視図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計の構成及び構造を説明する超音波流量計の側面図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構成及び構造を説明する固定部の分解断面図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構造を説明する固定部の平面図である。
【図５】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構造を説明する測定用管体の固定部分の一部の断面図である。
【図６】 本発明の第１の実施形態における超音波流量計を支持台へ固定する固定部の構造を説明する測定用管体の固定部分の一部の断面拡大図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態における超音波流量計の構成及び構造を説明する図であって、（ａ）は超音波流量計の分解図、（ｂ）は測定用管体の軸線に沿った断面で見た超音波流量計の断面図である。
【図８】 第２の実施形態の変形例を示した超音波流量計の構成及び構造を説明する図であって、（ａ）は超音波流量計の斜視図、（ｂ）は測定用管体の軸線に沿ったＨ−Ｈ断面で見た超音波流量計の断面図である。
【図９】 水の温度と音速との関係を示したグラフ線図である。
【図１０】 水温２０℃における振動子出力を説明する実験データであって、（ａ）は時間Ｔにおける基準流量の変化を示したグラフ線図、（ｂ）は（ａ）に示した基準流量に対する振動子出力の変化を示したグラフ線図である。
【図１１】 水温２９℃における振動子出力を説明する実験データであって、（ａ）は時間Ｔにおける基準流量の変化を示したグラフ線図、（ｂ）は（ａ）に示した基準流量に対する振動子出力の変化を示したグラフ線図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 超音波流量計
２ 測定用管体
３ 測定部
５ 振動子
１１ 支持台
１３ ベース部
１４ 固定部
１４ａ 下部固定部材
１４ｂ 上部固定部材
１４ａ’ 左側固定部材（第１固定部材）
１４ｂ’ 右側固定部材（第２固定部材）
２１ 保持凹部
２２ 孔部
３１ 係合溝
５０，５０’ 筐体（断熱手段）
５１，５１’ 下部筐体（断熱手段，ベース部）
５２，５２’ 上部蓋体（断熱手段）
５３，５４ 断熱材（断熱手段）
６０ 保護カバー
６１ 断熱材
Claims (5)
- 流体が流される測定用管体と、該測定用管体に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部とを有し、これら測定部間での両方向の超音波の伝播時間の差から液体の流速を求めて流量を測定する超音波流量計であって、
ベース部上に前記測定部同士よりも広い間隔をあけて一対の固定部が設けられた支持台に、間隔をあけて設けられた前記測定部の軸方向外方側における前記測定用管体を前記固定部に保持させることにより支持されており、
前記固定部は、互いに突き合わされて固定される第１固定部材及び第２固定部材を有し、これら第１固定部材及び第２固定部材には、互いに突き合わされた際に前記測定用管体の外周を保持する孔部となる円弧状の保持凹部が形成され、
前記保持凹部の表面は、周方向へ沿うＶ字状の係合溝を、保持する測定用管体の軸方向に間隔をあけて複数形成することにより凹凸形状とされ、
前記保持凹部から形成される孔部は、その内径が前記測定用管体の外径よりも僅かに小さくされることで、前記固定部に前記測定用管体を固定した際に前記係合溝に前記測定用管体の外周部を食い込ませることを特徴とする超音波流量計。 - 流体が流される測定用管体と、該測定用管体に、その長手方向へ間隔をあけて設けられた測定部とを有し、これら測定部間での両方向の超音波の伝播時間の差から液体の流速を求めて流量を測定する超音波流量計であって、
ベース部上に前記測定部同士よりも広い間隔をあけて一対の固定部が設けられた支持台に、間隔をあけて設けられた前記測定部の軸方向外方側における前記測定用管体を前記固定部に保持させることにより支持されており、
前記固定部は、上下に互いに突き合わされて固定される下部固定部材及び上部固定部材を有し、これら下部固定部材及び上部固定部材には、互いに突き合わされた際に前記測定用管体の外周を保持する孔部となる円弧状の保持凹部が形成され、
前記保持凹部の表面は、周方向へ沿うＶ字状の係合溝を、保持する測定用管体の軸方向に間隔をあけて複数形成することにより凹凸形状とされ、
前記保持凹部から形成される孔部は、その内径が前記測定用管体の外径よりも僅かに小さくされることで、前記固定部に前記測定用管体を固定した際に前記係合溝に前記測定用管体の外周部を食い込ませることを特徴とする超音波流量計。 - 前記測定部を覆って、外部との熱の伝達を抑制する断熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計。
- 前記断熱手段は、断熱材であることを特徴とする請求項３記載の超音波流量計。
- 前記断熱手段は、前記測定部を収容する筐体であることを特徴とする請求項３記載の超音波流量計。
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