JP6321231B2 - 超音波流量計 - Google Patents

Description

本発明は、パイプの途中に接続される筒形ボディを有し、筒形ボディ内の計測流路を横切る方向で対向した１対の超音波センサの間で超音波を送受波して流量を計測する超音波流量計に関する。

従来の流量計測方法として、流体の温度と圧力を計測し、超音波流量計にて計測した実測流量を基準温度、基準圧力（例えば、標準状態の０度、１気圧）における流量に換算するものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−９００２８号公報（段落［０００３］）

しかしながら、上述した流量計測方法では、超音波流量計とは別に、温度センサ、圧力センサ、流量換算を行う回路基板及びその換算結果を表示する表示部をパイプに取り付ける必要があり、手間がかかっていた。そこで、温度センサ、圧力センサ等を超音波流量計に一体に備えることが考えられるが、単純に、パイプのうち温度センサ、圧力センサ等が取り付けられた部分を筒形ボディと一体にすると、筒形ボディが軸方向に嵩張るという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、筒形ボディの軸方向への嵩張りを小さくすることが可能な超音波流量計の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流体が流れるパイプの途中に接続される筒形ボディと、筒形ボディ内の計測流路を斜めに横切る方向に対向配置され、互いに超音波を送受波して流体の流量を計測する１対の超音波センサと、流体の温度を計測する温度センサと、流体の圧力を計測する圧力センサと、温度センサ及び圧力センサの計測結果に基づいて、１対の超音波センサにより計測された実測流量を予め定めた基準温度、基準圧力における流量に換算する回路基板と、換算後の流量を表示する表示部と、内部電源としての電池と、を備えた超音波流量計において、筒形ボディの外周壁に、１対の貫通孔を設け、温度センサ及び圧力センサを、筒形ボディの外側から１対の貫通孔に挿入組み付けし、温度センサ及び圧力センサに対して筒形ボディの径方向の外側に、電池、回路基板及び表示部を順に重ねて配置し、計測流路は、筒形ボディの軸方向における中間部の流路断面積が一定である一方、その中間部から両端へ向かうに従って流路断面が拡径された構造になっていて、１対の超音波センサは、筒形ボディの軸方向で計測流路の中間部を挟むように配置され、温度センサは、計測流路の中間部に配置されると共に、１対の超音波センサを結ぶ直線よりも下流側に配置されていて、温度センサは、筒型ボディの軸方向から見て、筒型ボディの周方向で１対の超音波センサからずれた位置に配置されているところに特徴を有する。
請求項２の発明に係る超音波流量計は、圧力センサは温度センサに隣接していて、筒型ボディから径方向外側に突出して、温度センサ及び圧力センサを囲む起立包囲壁を備え、１対の超音波センサは、筒型ボディの軸方向から見て、筒型ボディの周方向で起立包囲壁からずれた位置に配置されていることを特徴とするところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、筒形ボディの１対の貫通孔に、温度センサ及び圧力センサが挿入組み付けされ、それら温度センサ及び圧力センサに対して筒形ボディの径方向の外側に、電池、回路基板及び表示部が重ねて配置されるので、温度センサ、圧力センサ、電池、回路基板及び表示部を超音波流量計に一体に備えつつも、筒形ボディの軸方向の嵩張りを小さくすることができる。
また、温度センサによって計測流路内に乱流が引き起こされても、その乱流の影響が流量計測に及ぶことが防がれる。

本発明の第１実施形態に係る第１の超音波流量計の斜視図 第１の超音波流量計の正面図 第１の超音波流量計のＡ−Ａ断面図 第１の超音波流量計の正断面図 筒形ボディの分解斜視図 （Ａ）インナースリーブの平面図、（Ｂ）インナースリーブの正面図 超音波流量計の温度センサ及び圧力センサ周辺の側断面図 表示ケースの正断面図 表示ケースの分解斜視図 第２の超音波流量計の正面図 第２の超音波流量計の斜視図 第２の超音波流量計の側面図 第２の超音波流量計のＢ−Ｂ断面図 第２の超音波流量計のＣ−Ｃ断面図 変形例に係る超音波流量計の正断面図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４を用いて説明する。図１に示した本実施形態の超音波流量計１０は、横方向に延びた筒形ボディ１１を備えている。筒形ボディ１１は、軸方向の両端部にフランジ部１１Ｆ，１１Ｆを備え、それらフランジ部１１Ｆ，１１Ｆを介して、流体（例えば、空気、都市ガス、水等）が流れるパイプ９０の途中に接続される（図２参照）。なお、流体は、パイプ９０を一方向（図２の左側から右側）に流れる。

図３に示すように、筒形ボディ１１は、インナースリーブ２０の外側がアウタースリーブ４０で覆われた二重管構造になっていて、インナースリーブ２０の内側部分が本発明の計測流路１３になっている。

詳細には、アウタースリーブ４０は、インナースリーブ２０よりも軸長が長くなっていて、軸方向の中間部４１の内径が、両端部４２，４２の内径よりも段付き状に大きくなっている。また、アウタースリーブ４０の両端部４２，４２（以下、小径部４２，４２という。）の内径は、インナースリーブ２０の内径とほぼ同じ大きさになっていて、アウタースリーブ４０の中間部４１（以下、大径部４１という。）の内径は、インナースリーブ２０の外径よりも大きくなっている。そして、インナースリーブ２０が小径部４２，４２の間に挟まれて、インナースリーブ２０と大径部４１との間に、本発明に係る圧力計測室４３が形成されている。なお、アウタースリーブ４０の両端部、即ち、小径部４２，４２の大径部４１と反対側の端部には、上述したフランジ部１１Ｆ，１１Ｆが備えられている。

図５に示すように、アウタースリーブ４０は、小径部４２，４２のうち上流側の小径部４２を構成するサブスリーブ構成体４５と、下流側の小径部４２及び大径部４１を構成するメインスリーブ構成体４６とを結合してなる。そして、インナースリーブ２０は、メインスリーブ構成体４６の大径部４１側の開口４６Ａから挿入組み付けされている。

図３に示すように、サブスリーブ構成体４５は、下流側（図３の右側）の端部に肉厚部４５Ａを有し、その肉厚部４５Ａがメインスリーブ構成体４６の大径部４１側の開口縁と嵌合可能となっている。また、肉厚部４５Ａの上流側部分には、小径フランジ部４５Ｆが設けられていて、メインスリーブ構成体４６の大径部４１側の開口縁に設けられた小径フランジ部４６Ｆと結合するようになっている。なお、図示はしないが、両小径フランジ部４５Ｆ，４６Ｆの間には、シール部材（例えば、Ｏリング）が備えられ、メインスリーブ構成体４６とサブスリーブ構成体４５との間がシールされている。

また、図４に示すように、メインスリーブ構成体４６の大径部４１の上部には、下流側（図４の右側）の端部の一部が内側に陥没した陥没部４１Ａが設けられている。そして、この陥没部４１Ａの形成に伴って、大径部４１には、管壁４１Ｈの一部が段付き状に縮径された段差壁４１Ｄが備えられている。

図３に示すように、インナースリーブ２０の両端部には、インナースリーブ２０の軸方向に対して斜め前方（図３の斜め上方）と斜め後方（図３の斜め下方）に突出した１対のセンサ保持部２２，２２が設けられ、それら１対のセンサ保持部２２，２２に１対の超音波センサ１５，１５が保持されている。そして、超音波流量計１０では、超音波センサ１５，１５の間、即ち、計測流路１３を斜めに横切る方向で超音波の送受波が行われ、流体の流れに沿った順方向の超音波の伝播時間と、流体の流れに逆らった逆方向の超音波の伝播時間との差に基づいて、計測流路１３を通過する流体の流速及び流量を計測する。

また、インナースリーブ２０の内側断面形状は、円形になっていて、軸方向の中間部の内径は一定であるのに対して、軸方向の両端部の内径は、端部に向かうに従って僅かに拡径している。即ち、計測流路１３の断面積は、軸方向の両端部から中間部に向かうに従って徐々に小さくなっている。

センサ保持部２２，２２は、インナースリーブ２０の外周面から斜めに突出した分岐管２１，２１を備え、その分岐管２１，２１の内側にセンサ保持孔２１Ａ，２１Ａが形成されている。センサ保持孔２１Ａ，２１Ａは、インナースリーブ２０の内側面で開口し、計測流路１３に連通している。超音波センサ１５，１５は、分岐管２１，２１の先端開口から各センサ保持孔２１Ａ，２１Ａに挿入されて組み付けられている。なお、分岐管２１，２１とアウタースリーブ４０の大径部４１の内側面との間には、例えば、０．５ｍｍ以上の隙間が設けられていて、分岐管２１，２１がアウタースリーブ４０と接触しないようになっている。

ところで、本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、インナースリーブ２０は、下流側のセンサ保持部２２（図３及び図６（Ａ）における右側のセンサ保持部２２）を含む第１スリーブ構成体２５と、上流側のセンサ保持部２２（図３及び図６（Ａ）における左側のセンサ保持部２２）を含む第２スリーブ構成体２６とに分割可能となっている。そして、これら第１と第２のスリーブ構成体２５，２６を、それぞれアウタースリーブ４０に固定することで、第１と第２のスリーブ構成体２５，２６同士が合体状態に保持され、アウタースリーブ４０内でインナースリーブ２０が形成されている。

ここで、第１スリーブ構成体２５と第２スリーブ構成体２６の各合体面の間には、ギャップＧ１が設けられている（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。そして、ギャップＧ１を介して、計測流路１３内の流体が圧力計測室４３（図３参照）に導入されるようになっている。即ち、ギャップＧ１は、本発明の「オリフィス」に相当する。また、ギャップＧ１により、インナースリーブ２０の管壁２０Ｈを伝搬するノイズを抑えることが可能になる。なお、ギャップＧ１の幅は、計測対象の流体の種類に応じて適宜設定される。

詳細には、第１スリーブ構成体２５と第２スリーブ構成体２６の各合体面は、以下のようになっている。即ち、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、各合体面は、インナースリーブ２０の幅方向（図６（Ｂ）の上下方向）でセンサ保持部２２を挟み、かつ、インナースリーブ２０の軸方向でインナースリーブ２０の上流側（図６（Ａ）の左側）の端部から分岐管２１の先端部まで延びた１対の縦線部Ｌ１，Ｌ１と、それら１対の縦線部Ｌ１，Ｌ１の先端間を連絡した横線部Ｌ２とからなる。この構成によれば、ギャップＧ１が、計測流路１３内の流体の流れに与える影響を抑えることができる。

なお、第１スリーブ構成体２５は、図５及び図６（Ａ）に示すように、２分割されていない下流側のセンサ保持部２２とインナースリーブ２０の大部分とを有しており、両端部がアウタースリーブ４０の小径部４２，４２の大径部４１側の開口縁部に嵌合する（図３参照）ことで、アウタースリーブ４０に位置決めされている。一方、第２スリーブ構成体２６は、分岐管２１が２分割された上流側のセンサ保持部２２と固定用突片２７とを有し、この固定用突片２７が、上述した大径部４１の段差壁４１Ｄ（図４参照）に重ねられた状態で、螺子止めされることで、インナースリーブ２０がアウタースリーブ４０に固定される。

また、図８に示すように、第２スリーブ構成体２６の固定用突片２７には、気密端子２８が備えられている。この気密端子２８には、超音波センサ１５，１５のリード線が接続される。気密端子２８の各端子金具２９は、大径部４１の段差壁４１Ｄを大径部４１の軸方向に貫通して、大径部４１の外側に固定された中継基板３５に接続されている。即ち、超音波センサ１５，１５の信号は、中継基板３５を介してアウタースリーブ４０の外部に出力されるようになっている。

図７に示すように、アウタースリーブ４０における大径部４１の陥没部４１Ａには、１対のセンサ取付部３２，３２が大径部４１の周方向に並べて設けられている。これらセンサ取付部３２，３２は、大径部４１の径方向外側に突出し、内側にセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａ（本発明の「１対の貫通孔」に相当する。）を有している。そして、それら１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａに、温度センサ３０と圧力センサ３１が挿通組み付けされて、計測流路１３内を流れる流体の流量の温度及び圧力が計測可能となっている。

ここで、図４に示すように、１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａ（図４には、一方のセンサ取付孔３２Ａのみが示されている。）は、アウタースリーブ４０の軸方向で、１対の超音波センサ１５，１５の上流側の端部と下流側の端部との間に配置されていて、温度センサ３０及び圧力センサ３１が、インナースリーブ２０よりも軸方向の外側に突出しないようになっている。なお、図４に示すように、温度センサ３０及び圧力センサ３１が挿通される方向は上下方向になっていて（図４には、圧力センサ３１のみが示されている。）、１対の超音波センサ１５，１５が超音波を送受信する斜め前後方向と直交している。また、１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａの内側面と各センサ３０，３１との間は、図示しないシール部材（例えば、Ｏリング）によってシールされている。

温度センサ３０は、棒状をなし、先端部にて温度を検知する構造になっている。そして、温度センサ３０は、インナースリーブ２０の管壁２０Ｈに貫通形成されたセンサ挿通孔３０Ａを挿通して、先端部が計測流路１３内に配置されている。温度センサ３０は、センサ挿通孔３０Ａの内側面との間に隙間を有して配置され、この隙間を介して、計測流路１３内の流体が圧力計測室４３（図３及び図４参照）に導入される。即ち、温度センサ３０とセンサ挿通孔３０Ａとの間の隙間は、本発明の「オリフィス」になっている。

また、図３に示すように、温度センサ３０は、１対の超音波センサ１５，１５を結ぶ直線よりも下流側に配置されている。即ち、１対の超音波センサ１５，１５は、温度センサ３０よりも上流側で超音波を送受波する。この構成によれば、温度センサ３０によって計測流路１３内に乱流が引き起こされても、その乱流の影響が流量計測に及ぶことが防がれる。

なお、温度センサ３０は、インナースリーブ２０の内径を２ｒとしたときに、インナースリーブ２０の中心軸からｒ／√２の位置にある流体の温度を計測するように配置することが好ましい。このように配置すれば、流体の温度と筒形ボディ１１の外側の温度との差によって、径方向に流体の温度分布が生じる場合であっても、流体の平均温度を計測することができる。

また、図７に示すように、圧力センサ３１は、先端部がアウタースリーブ４０の内側面よりも奥まった位置に配置され、感圧部が圧力計測室４３（図３参照）に露出して圧力計測室４３内の流体の圧力を計測するようになっている。ここで、上述のように、第１スリーブ構成体２５と第２スリーブ構成体２６との合体面の間のギャップＧ１によって、圧力計測室４３には、計測流路１３内の流体が導入されるので、圧力センサ３１は、計測流路１３内と同じ流体圧力を計測可能となっている。この構成によれば、圧力センサ３１が、動圧の影響を抑えるか又は無くして計測流路１３内の流体の圧力（静圧）を計測することができる。

図８に示すように、温度センサ３０及び圧力センサ３１の上方には、超音波流量計１０の内部電源としての電池６１が備えられている。電池６１は、アウタースリーブ４０の径方向に中心軸を有する柱状をなし、電池６１の上部が次述する回路基板６２と接続している。

電池６１の上方には、筒形ボディ１１の径方向と直交する回路基板６２が備えられている。この回路基板６２には、中継基板３５、温度センサ３０及び圧力センサ３１のケーブルが接続されている。そして、回路基板６２は、温度センサ３０及び圧力センサ３１によって計測される流体の温度及び圧力を用いて、１対の超音波センサ１５，１５によって計測される実測流量を、予め設定された基準温度、基準圧力（例えば、０度、１気圧や２０度、１気圧）における流量（以下、「換算流量」という。）に換算する。なお、回路基板６２を筒形ボディ１１の径方向から見たときの大きさは、同方向から見たときの電池６１の大きさよりも大きくなっている。

回路基板６２の上方には、表示モニタ６３が重ねて配置されている。そして、この表示モニタ６３に、回路基板６２が求めた換算流量が表示される。なお、表示モニタ６３が、本発明の「表示部」に相当する。

このように、本実施形態の超音波流量計１０では、筒形ボディ１１の軸方向における１対の超音波センサ１５，１５の最も離れた端部同士、即ち、上流側端部と下流側端部の間に、１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａが配置され、それら１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａに温度センサ３０及び圧力センサ３１が外側から挿入組み付けされている。そして、それら温度センサ３０及び圧力センサ３１に対して筒形ボディ１１の径方向の外側に、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３が重ねて配置されているので、温度センサ３０、圧力センサ３１、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３を超音波流量計１０に一体に備えつつも、筒形ボディ１１の軸方向の嵩張りを小さくすることができる。

ところで、本実施形態の超音波流量計１０では、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３を備えた表示ケース７０を、筒形ボディ１１に取り付けるだけで、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３を、上記した位置に容易に配置することができるようになっている。

図９に示すように、表示ケース７０は、ケース本体７１の上部と下部に、先端筒部７２と蓋体７３を組み付けた構造になっている。ケース本体７１は、円筒の上端部が段付き状に拡径された形状になっていて、その拡径された部分に回路基板６２が固定されると共に、拡径されていない部分の内側に電池６１を収容している。なお、表示モニタ６３は、回路基板６２の中央部に重ねて固定される。

蓋体７３は、ケース本体７１の上面に重ねて取り付けられる。また、蓋体７３の中央部は、透明材料（例えば、透明樹脂やガラス）で構成された表示窓７３Ｈになっていて、この表示窓７３Ｈを通じて、表示モニタ６３の表示内容が外側から視認できるようになっている。

先端筒部７２は、全体が略角筒状をなし、上部にケース本体接続部７５を有している。ケース本体接続部７５は、軸方向に延びた円筒状をなし、ケース本体７１の下端部の内側面に形成された雌螺子部（図示せず）を外側から先端筒部７２の雄螺子部に組み付け、ケース本体７１と先端筒部７２を固定している。

また、先端筒部７２の下端部には、側方に張り出した鍔部７６が設けられ、この鍔部７６がアウタースリーブ４０と結合するようになっている。具体的には、図７及び図８に示すように、アウタースリーブ４０（メインスリーブ構成体４６）の大径部４１には、中継基板３５、温度センサ３０及び圧力センサ３１の周囲から径方向に突出した起立包囲壁３３が設けられている。なお、本実施形態では、起立包囲壁３３のうち下流側の壁部は、大径部４１の陥没部４１Ａの開口縁から起立している。

そして、起立包囲壁３３の開口縁から側方に張り出した鍔部３４に、先端筒部７２の鍔部７６を重ねた状態で、鍔部３４と鍔部７６をボルトで締結することで、表示ケース７０が筒形ボディ１１に組み付けられる。なお、鍔部３４と鍔部７６の間には、パッキン７７が挟まれている。

本実施形態の超音波流量計１０の構成は以上である。この超音波流量計１０は、例えば、以下の手順で組み立てられる。

まず、１対の超音波センサ１５，１５を、第１スリーブ構成体２５及び第２スリーブ構成体２６の分岐管２１，２１の先端開口から挿入してセンサ保持部２２，２２に組み付けると共に、第２スリーブ構成体２６の固定用突片２７に気密端子２８を取り付ける。そして、第１と第２のスリーブ構成体２５，２６を合体させる。次に、固定用突片２７を貫通した端子金具２９の基端部に、各超音波センサ１５，１５の図示しないリード線を接続（ハンダ付け）する。

次いで、第１と第２のスリーブ構成体２５，２６とが合体したインナースリーブ２０を、メインスリーブ構成体４６の開口４６Ａ側から挿入し、第１のスリーブ構成体２５の下流側端部を、メインスリーブ構成体４６の小径部４１の開口縁に嵌合させる（図５参照）。ここで、インナースリーブ２０をメインスリーブ構成体４６に挿入する過程で、固定用突片２７に保持された気密端子２８の各端子金具２９が、メインスリーブ構成体４６における大径部４１の段差壁４１Ｄを貫通し、各端子金具２９の先端部が中継基板３５に接続される。

次いで、固定用突片２７と大径部４１の段差壁４１Ｄ（図４参照）とを螺合結合する。これにより、第２のスリーブ構成体２６がアウタースリーブ４０に固定される。また、第２スリーブ構成体２６が固定されたことで、第１スリーブ構成体２５が、メインスリーブ構成体４６に対して抜け止めされる。

次いで、サブスリーブ構成体４５の肉厚部４５Ａをメインスリーブ構成体４６の大径部４１に嵌合させて開口４６Ａを塞ぎ、小径フランジ部４５Ｆ，４６Ｆ同士を結合する。

次いで、大径部４１のセンサ取付部３２，３２に、温度センサ３０と圧力センサ３１を取り付ける。そして、中継基板３５、温度センサ３０及び圧力センサ３１のケーブルを回路基板６２に接続し、表示ケース７０の鍔部７６と、アウタースリーブ４０の起立包囲壁３３の鍔部３４とを結合する。これにより、超音波流量計１０が得られる。

図１０には、超音波流量計１０とは別の超音波流量計１０Ｖが示されている。この超音波流量計１０Ｖの筒形ボディ１１Ｖは、上述した超音波流量計１０の筒形ボディ１１が接続されるパイプ９０よりも外径が大きな大型パイプ９１の途中に接続される。以下、第１の超音波流量計１０、第２の超音波流量計１０Ｖと称して、これら超音波流量計１０，１０Ｖを区別する。

図１１に示すように、第２の超音波流量計１０Ｖの筒形ボディ１１Ｖは、横方向に延びた計測管１１１の両端部にフランジ１１１Ｆが取り付けられた構造になっている。この計測管１１の外径、内径は共に、第１の超音波流量計１１のアウタースリーブ４０の外径よりも大きくなっている。そして、計測管１１１の内側部分が、大型パイプ９１（図１０参照）を流れる流体が通過する計測流路１１３（図１３参照）になっている。なお、計測流路１１３の断面積についても、第１の超音波流量計１０の計測流路１３の断面積よりも大きくなっている。

また、計測管１１１は、軸方向の中間寄り位置に１対のセンサ保持部１２２，１２２を備えている。１対のセンサ保持部１２２，１２２は、計測管１１１の外周面から径方向に互いに反対側へ突出し、先端部にケーブル接続部１２３，１２３を有している。センサ保持部１２２の内部には、計測管１１１の軸方向に対して斜めに交差した方向に延びて計測流路１１３と連通した分岐管１２１が設けられ、この分岐管１２１内に超音波センサ１５が保持されている。

なお、図１２に示すように、１対の分岐管１２１，１２１は、計測管１１１を軸方向から見たときに、水平方向に対して斜めに交差した直線上に配置されている。即ち、第２の超音波流量計１０Ｖでは、１対の超音波センサ１５，１５は、水平面に対して交差した面内で超音波を送受波する。

ケーブル接続部１２３には、計測管１１１の軸方向に延びた端子取付孔１２６が設けられ、この端子取付孔１２６の開口側の端部に接続端子１２５が装着されている。また、端子取付孔１２６と分岐管１２１の内側とは、区画壁１２４によって区画され、区画壁１２４には、気密端子１２８が貫通している。そして、気密端子１２８の分岐管１２１側の端部に、超音波センサ１５のリード線１５Ａが接続される一方、気密端子１２８の端子取付孔１２６側の端部に、接続端子１２５のリード線１２５Ａが接続されている。そして、接続端子１２５に、接続ケーブル１２７が接続されている。

図１０及び図１１に示すように、計測管１１１の軸方向における中央部の外周面には、角筒状の起立包囲壁１３３が突出形成されている。起立包囲壁１３３の上流側と下流側の壁部には、上述した接続端子１２５と同じ構造の接続端子１３６，１３６が装着され、これら接続端子１３６，１３６に、接続ケーブル１２７，１２７の接続端子１２５と反対側の端部が接続されている。

なお、図１４に示すように、上流側のセンサ保持部１２２の接続端子１２５は、接続部が下流側を向くように配置され、下流側のセンサ保持部１２２の接続端子１２５は、接続部が上流側を向くように配置されている。また、起立包囲壁１３３の上流側の壁部に装着された接続端子１３６は、接続部が上流側を向くように配置され、下流側の壁部に装着された接続端子１３６は、接続部が下流側を向くように配置されている。そして、上流側のセンサ保持部１２２の接続端子１２５に接続された接続ケーブル１２７は、下流側に湾曲したＵ字状に取り回されて下流側の接続端子１３６に接続し（図１０参照）、下流側のセンサ保持部１２２の接続端子１２５に接続された接続ケーブル１２７は、上流側に湾曲したＵ字状に取り回されて上流側の接続端子１３６に接続している。

図１３に示すように、計測管１１１のうち起立包囲壁１３３で囲まれた部分には、センサ取付部１３２，１３２が軸方向に並べて設けられている。センサ取付部１３２は、第１の超音波流量計１０のセンサ取付部３２と同様の構造になっていて、内側にセンサ取付孔１３２Ａ，１３２Ａ（本発明の「１対の貫通孔」に相当する。）を有している。そして、それら１対のセンサ取付孔１３２Ａ，１３２Ａに、温度センサ３０と圧力センサ３１が挿通されて、計測流路１１３内を流れる流体の流量の温度及び圧力が計測可能となっている。なお、第１の超音波流量計１０における１対のセンサ取付孔３２，３２と同様に、１対のセンサ取付孔１３２Ａ，１３２Ａは、筒形ボディ１１Ｖの軸方向で１対の超音波センサ１５，１５の上流側端部と下流側端部との間に配置されている。

また、図１３に示すように、起立包囲壁１３３の先端部には、鍔部１３４が設けられている。この鍔部１３４は、第１の超音波流量形１０における起立包囲壁３３の鍔部３４と同じ大きさ、同じ形状になっていて、第１の超音波流量計１０の表示ケース７０の鍔部７６を取り付け可能になっている。即ち、第１の超音波流量計１０と第２の超音波流量計１０Ｖの間では、共通の表示ケース７０を用いることができるようになっている。

なお、第２の超音波流量計１０Ｖでは、接続端子１３６のリード線が表示ケース７０内の回路基板６２に接続される。第２の超音波流量計１０Ｖのその他の構成については、第１の超音波流量計１０と同じになっているので、同一符号を付すことで説明を省略する。

本実施形態に係る第１の超音波流量計１０及び第２の超音波流量計１０Ｖの構成に関する説明は以上である。次に、第１の超音波流量計１０及び第２の超音波流量計１０Ｖの作用効果について説明する。

第１の超音波流量計１０及び第２の超音波流量計１０Ｖでは、筒形ボディ１１の軸方向における１対の超音波センサ１５，１５の最も離れた端部同士の間に、１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａ（第２の超音波流量計１０Ｖでは、１対のセンサ取付孔１３２Ａ，１３２Ａ）が並べて配置され、それら１対のセンサ取付孔３２Ａ，３２Ａに温度センサ３０及び圧力センサ３１が外側から挿入組み付けされている。そして、それら温度センサ３０及び圧力センサ３１に対して筒形ボディ１１の径方向の外側に、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３が重ねて配置されているので、温度センサ３０、圧力センサ３１、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３を超音波流量計１０に一体に備えつつも、筒形ボディ１１の軸方向の嵩張りを小さくすることができる。

そして、第１の超音波流量計１０及び第２の超音波流量計１０Ｖによれば、パイプ９０の周辺に、例えば、別のパイプが通っている等して、超音波流量計の設置スペースをパイプの軸方向に十分に確保できない場合であっても、超音波流量計をパイプに接続することが可能となる。

また、本実施形態では、温度センサ３０及び圧力センサ３１を囲む起立包囲壁３３，１３３に表示ケース７０を固定することで、温度センサ３０及び圧力センサ３１に対して筒形ボディ１１，１１Ｖの径方向外側に、電池６１、回路基板６２及び表示モニタ６３を容易に配置することができる。しかも、外径が異なる２種類の筒形ボディ１１，１１Ｖに、共通の表示ケース７０を取り付け可能としたので、筒形ボディのみを変更するだけで、大きさが異なるパイプ９０，９１に超音波流量計を取り付けることが可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、表示ケース７０が、外径が異なる２種類の筒形ボディ１１，１１Ｖに着脱可能な構成であったが、外径が異なる３種類以上の筒形ボディに着脱可能であってもよいし、１種類の筒形ボディにのみ取り付けられる構成であってもよい。

（２）第２の超音波流量計１０Ｖの筒形ボディ１１Ｖを、第１の超音波流量計１０の筒形ボディ１１と同様に、二重管構造としてもよい。

（３）上記実施形態では、サブスリーブ構成体４６が、アウタースリーブ４０の上流側の小径部４２を構成し、メインスリーブ構成体４５が、大径部４１と下流側の小径部４２を構成していたが、サブスリーブ構成体４６が、下流側の小径部４２を構成し、メインスリーブ構成体４５が、大径部４１と上流側の小径部４２を構成してもよい。

（４）上記実施形態では、筒形ボディ１０，１０Ｖが、パイプ９０，９１とフランジ接続する構成であったが、筒形ボディ１０，１０Ｖの両端部に螺子部を設けて、パイプ９０，９１と螺合結合する構成であってもよい。

（５）上記実施形態では、一方向に流体が流れるパイプ９０，９１に超音波流量計１０，１０Ｖが接続される例を示したが、双方向に流体が流れるパイプに接続されてもよい。なお、流体が一方向に流れる頻度が逆方向に流れる頻度よりも多い場合には、その一方向に流体が流れたときにおいて、温度センサ３０より上流側で超音波センサ１５，１５が超音波を送受波するようにすれば、温度センサ３０が乱流の原因となることが防がれる。

なお、本発明の技術的範囲には属さないが、上記実施形態の第１の超音波流量計１０には、以下の技術的特徴が具現化されている。

即ち、その技術的特徴とは、「流体が流れるパイプ（９０）の途中に接続される筒形ボディ（１１）と、前記筒形ボディ（１１）内に形成された計測流路（１３）を流れる前記流体の流量を計測する流量計測部（１５，１５）と、前記計測流路（１３）内の流体の圧力を計測する圧力センサ（３１）とを備えた流量計（１０）」において、「前記筒形ボディ（１１）に、前記計測流路（１３）を内側に有したインナースリーブ（２０）と、前記インナースリーブ（２０）を外側から囲んで前記インナースリーブ（２０）との間に圧力計測室（４３）を形成するアウタースリーブ（４０）と、前記計測流路（１３）の前記流体を前記圧力計測室（４３）に導入するオリフィス（Ｇ１）とを備え、前記圧力センサ（３１）を、前記アウタースリーブ（４０）の管壁（４１Ｈ）に固定して、前記圧力計測室（４３）に導入された前記流体の圧力を計測する」構成にしたことである。

上記構成によれば、圧力センサは、圧力計測室に導入された流体圧力を計測するので、動圧の影響を抑えるか又は無くして流体の圧力を計測することができる。なお、上記実施形態の第１の超音波流量計１０のように、計測流路内の流体の温度を計測すれば、圧力センサの計測結果を用いて、流量計測部の計測結果（実測流量）を、予め定めた基準温度、基準圧力における流量に換算することができる。ここで、計測流路内の流体の温度は、流量計とは別に設けた温度計測器にて計測してもよいし、上記実施形態の第１の超音波流量計１０のように、流量計に取り付けた温度センサにて計測してもよい。また、流量の換算は、流量計とは別の外部機器にて行ってもよい。

［上記実施形態の構成のまとめ］
上記実施形態には、以下の［１］〜［９］の構成が含まれている。

［１］
流体が流れるパイプの途中に接続される筒形ボディと、
前記筒形ボディ内の計測流路を斜めに横切る方向に対向配置され、互いに超音波を送受波して前記流体の流量を計測する１対の超音波センサと、
前記流体の温度を計測する温度センサと、
前記流体の圧力を計測する圧力センサと、
前記温度センサ及び前記圧力センサの計測結果に基づいて、前記１対の超音波センサにより計測された実測流量を予め定めた基準温度、基準圧力における流量に換算する回路基板と、
換算後の流量を表示する表示部と、
内部電源としての電池と、を備えた超音波流量計において、
前記筒形ボディの外周壁のうち前記筒形ボディの軸方向における前記１対の超音波センサの最も離れた端部同士の間に配置される部分に、１対の貫通孔を設け、
前記温度センサ及び前記圧力センサを、前記筒形ボディの外側から前記１対の貫通孔に挿入組み付けし、
前記温度センサ及び前記圧力センサに対して前記筒形ボディの径方向の外側に、前記電池、前記回路基板及び前記表示部を順に重ねて配置したことを特徴とする超音波流量計。

［１］の構成では、筒形ボディの軸方向で１対の超音波センサの最も離れた端部同士の間に挟まれた部分に、温度センサ及び圧力センサが配置され、それら温度センサ及び圧力センサに対して筒形ボディの径方向の外側に、電池、回路基板及び表示部が重ねて配置されるので、温度センサ、圧力センサ、電池、回路基板及び表示部を超音波流量計に一体に備えつつも、筒形ボディの軸方向の嵩張りを小さくすることができる。

［２］
前記筒形ボディの外周壁から起立して前記温度センサ及び前記圧力センサを囲む起立包囲壁と、
一端有底の容器状をなして、その容器の底部に前記表示部を有しかつ前記電池と前記回路基板とを収容した表示ケースとを備え、
前記表示ケースの開口縁と前記起立包囲壁の先端開口縁とを重ねた状態で、前記表示ケースを前記筒形ボディに固定したことを特徴とする［１］に記載の超音波流量計。

［２］の構成では、温度センサ及び圧力センサを囲む起立包囲壁に表示ケースを固定することで、温度センサ及び圧力センサに対して筒形ボディの径方向外側に、電池、回路基板及び表示部を容易に配置することができる。

［３］
相互に外径が異なる前記筒形ボディを複数種類備えて、
それら複数種類の前記筒形ボディで、前記起立包囲壁の先端開口縁を同形状にして、共通の前記表示ケースを取り付け可能としたことを特徴とする［２］に記載の超音波流量計。

［３］の構成では、外径が異なる複数種類の筒形ボディに、共通の表示ケースを取り付け可能としたので、筒形ボディのみを変更するだけで、大きさが異なるパイプに超音波流量計を取り付けることが可能になる。

［４］
前記筒形ボディは、前記計測流路を内側に有しかつ前記１対の超音波センサを保持する１対のセンサ保持部を両端部に有したインナースリーブと、前記インナースリーブを外側から囲んで前記インナースリーブとの間に圧力計測室を形成するアウタースリーブと、前記計測流路の前記流体を前記圧力計測室に導入するオリフィスとを有し、
前記圧力センサは、前記アウタースリーブの管壁に固定されて、前記圧力計測室に導入された前記流体の圧力を計測することを特徴とする［１］乃至［３］のうち何れか１の構成に記載の超音波流量計。

［４］の構成では、筒形ボディが計測流路を内側に有するインナースリーブと、インナースリーブを外側から囲むアウタースリーブとを有し、計測流路内の流体圧力がオリフィスを介して、インナースリーブとアウタースリーブとの間に形成された圧力計測室に導入される。そして、圧力センサは、圧力計測室に導入された流体圧力を計測するので、動圧の影響を抑えるか又は無くして流体の圧力を計測することができる。

［５］
前記アウタースリーブを、軸方向でメインスリーブ構成体とサブスリーブ構成体とに分割すると共に、前記メインスリーブ構成体の前記サブスリーブ構成体側の端部に内径が段付き状に大きくなった大径部を設け、
前記大径部の内側に前記インナースリーブを挿通した状態で前記メインスリーブ構成体と前記サブスリーブ構成体を合体状態に保持して、前記メインスリーブ構成体と前記サブスリーブ構成体とで前記インナースリーブを軸方向に挟み、前記インナースリーブと前記大径部との間の隙間を前記圧力計測室としたことを特徴とする［４］に記載の超音波流量計。

［５］の構成では、メインスリーブ構成体の拡径部にインナースリーブを挿通させた状態で、メインスリーブ構成体とサブスリーブ構成体を合体状態に保持して、アウタースリーブの内側にインナースリーブに固定することができる。また、拡径部とインナースリーブとの間の隙間を圧力計側室にとして利用することができる。

［６］
前記インナースリーブを、前記１対のセンサ保持部のうち一方のセンサ保持部を有した第１スリーブ構成体と、他方のセンサ保持部を有した第２スリーブ構成体とに分割し、それら第１スリーブ構成体と第２スリーブ構成体をそれぞれ前記アウタースリーブに固定することで、それら第１スリーブ構成体と第２スリーブ構成体を合体状態に保持すると共に、前記第１スリーブ構成体と前記第２スリーブ構成体の合体面の間に隙間を設けて前記オリフィスとしたことを特徴とする［４］又は［５］に記載の超音波流量計。

［６］の構成では、インナースリーブが、第１スリーブ構成体と第２スリーブ構成体とに分割され、これら第１スリーブ構成体と第２スリーブ構成体の合体面の間の隙間を利用して、計測流路内の流体を圧力計測室に導入することができる。また、合体面の間の隙間によって、インナースリーブの管壁を伝搬する筐体ノイズを抑制又は無くすことができる。

［７］
前記センサ保持部には、前記インナースリーブの管壁から斜めに突出して前記計測流路に連通した分岐管が備えられ、
前記第１スリーブ構成体及び前記第２スリーブ構成体の各前記合体面は、前記インナースリーブの幅方向で前記センサ保持部を挟みかつ前記インナースリーブの軸方向で前記インナースリーブの前記一方のセンサ保持部側の端部から前記分岐管の先端部まで延びた１対の縦線部と、１対の縦線部の先端間を連絡した横線部とからなることを特徴とする［６］に記載の超音波流量計。

［７］の構成では、第１スリーブ構成体と前記第２スリーブ構成体の合体面の間の隙間が計測流路内の流体の流れに与える影響を抑え、安定して計測を行うことが可能となる。

［８］
前記温度センサは、前記アウタースリーブの管壁に固定され、棒状をなしてインナースリーブの管壁に貫通形成されたセンサ挿通孔に挿通され、
前記温度センサと前記センサ挿通孔の内側面との間の隙間を前記オリフィスとしたことを特徴とする［４］乃至［７］のうち何れか１の構成に記載の超音波流量計。

［８］の構成では、温度センサを計測管内に導入するセンサ挿通孔を利用して、計測流路内の流体を圧力計測室に導入することができる。

［９］
前記１対の超音波センサは、前記温度センサよりも上流側で超音波を送受波することを特徴とする［１］乃至［８］のうち何れか１の構成に記載の超音波流量計。

［９］の構成では、温度センサによって計測流路内に乱流が引き起こされても、その乱流の影響が流量計測に及ぶことが防がれる。
［参考例］
本発明の技術的範囲には属さないが、図１５に示すように、１対のセンサ保持部２２，２２を、インナースリーブ２０の軸方向に対して斜め上方と斜め下方に配置し、温度センサ３０と１対の超音波センサ１５，１５とを、筒型ボディ１１の周方向に重ねて配置してもよい。なお、図１５に示す例では、アウタースリーブ４０の軸方向で、温度センサ３０と圧力センサ３１が上流側から順に並べて配置され、温度センサ３０がセンサ保持部２２と干渉しないようになっている。

１０，１０Ｖ 超音波流量計
１１，１１Ｖ 筒形ボディ
１３，１１３ 計測流路
１５ 超音波センサ
２０ インナースリーブ
２５ 第１スリーブ構成体
２６ 第２スリーブ構成体
３０ 温度センサ
３１ 圧力センサ
３２Ａ，１３２Ａ センサ取付孔（貫通孔）
３３ 起立包囲壁
４０ アウタースリーブ
４１ 大径部
４３ 圧力計測室
４５ サブスリーブ構成体
４６ メインスリーブ構成体
６１ 電池
６２ 回路基板
６３ 表示モニタ（表示部）
７０ 表示ケース

Claims (2)

1. 流体が流れるパイプの途中に接続される筒形ボディと、
   前記筒形ボディ内の計測流路を斜めに横切る方向に対向配置され、互いに超音波を送受波して前記流体の流量を計測する１対の超音波センサと、
   前記流体の温度を計測する温度センサと、
   前記流体の圧力を計測する圧力センサと、
   前記温度センサ及び前記圧力センサの計測結果に基づいて、前記１対の超音波センサにより計測された実測流量を予め定めた基準温度、基準圧力における流量に換算する回路基板と、
   換算後の流量を表示する表示部と、
   内部電源としての電池と、を備えた超音波流量計において、
   前記筒形ボディの外周壁に、１対の貫通孔を設け、
   前記温度センサ及び前記圧力センサを、前記筒形ボディの外側から前記１対の貫通孔に挿入組み付けし、
   前記温度センサ及び前記圧力センサに対して前記筒形ボディの径方向の外側に、前記電池、前記回路基板及び前記表示部を順に重ねて配置し、
   前記計測流路は、前記筒形ボディの軸方向における中間部の流路断面積が一定である一方、その中間部から両端へ向かうに従って流路断面が拡径された構造になっていて、
   前記１対の超音波センサは、前記筒形ボディの軸方向で前記計測流路の中間部を挟むように配置され、
   前記温度センサは、前記計測流路の中間部に配置されると共に、前記１対の超音波センサを結ぶ直線よりも下流側に配置されていて、
   前記温度センサは、前記筒型ボディの軸方向から見て、前記筒型ボディの周方向で前記１対の超音波センサからずれた位置に配置されていることを特徴とする超音波流量計。
2. 前記圧力センサは前記温度センサに隣接していて、
   前記筒型ボディから径方向外側に突出して、前記温度センサ及び前記圧力センサを囲む起立包囲壁を備え、
   前記１対の超音波センサは、前記筒型ボディの軸方向から見て、前記筒型ボディの周方向で前記起立包囲壁からずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

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