JP6806363B2 - サドル型超音波流速計 - Google Patents

Description

本発明は、超音波送信子と超音波受信子とを用いて被計測流体の流速の計測を行うサドル型超音波流速計に関する。

水道管等の有圧管路内を流れる水道水等の流体の流速を超音波により計測する超音波流速計には、管路内に挿入される整流器に超音波式の流速検知手段を備えたものがある。
このような超音波流速計を示す従来技術として、下記特許文献１がある。

特許第５０８６７０４号

上記特許文献１の技術は、本願発明者が開発した超音波流速計に関する発明で、漏液等による圧力変化の他、気泡の混入、振動を容易且つ確実に検知できるメリットがある。
しかし、上記従来の超音波流速計は、管路に分岐管を設ける必要があると共に、接続フランジや台座等の複数部材を用いて管路に取り付ける（固定させる）構成であることから、容易に設置することができず、また特に既設の管路に新たに設置することが困難であるという課題があった。
また、上記従来の超音波流速計は、上側の横整流板に設けた超音波送信子の信号を、下側の横整流板に設けた超音波受信子で受信する構成であることから、被計測流体内に浮遊物が多く含まれる場合には、上側の横整流板に設けた超音波送信子に浮遊物が付着し、流速を精度良く計測することができないという課題があった。

そこで本発明は上記従来における課題を解決し、設置が容易で、特に既設の管路にも容易に設置可能なサドル型超音波流速計の提供を課題とする。また被計測流体の流速を精度良く計測可能なサドル型超音波流速計の提供を課題とする。

上記課題を達成するため、本発明のサドル型超音波流速計は、超音波送信子と超音波受信子とを備える流速検知手段を用いて、管路内の被計測流体の流速の計測を行う超音波流速計であって、前記流速検知手段を備える流速検知部を支持すると共に、管路に設ける孔から前記流速検知部を管路内に挿入或いは露出させるための支持棒と、該支持棒を管路に水密に固定する支持棒固定部とを備え、前記支持棒固定部が、管路の孔の位置に配置される第１のサドルと、該第１のサドルから管路の径方向に筒状に延出されて前記流速検知部を支持する前記支持棒の挿通路を構成する筒状挿通部と、前記第１のサドルと対向する管路の外面に配置される第２のサドルとを備え、固定部材を介して前記第１のサドルと前記第２のサドルとを管路を挟んで締結させて、前記支持棒を管路に固定し、
筒状挿通部は、第１のサドルから管路の径方向に延出されると共に、仕切弁を備える仕切弁室と、該仕切弁室から管路の径方向に延出されて、流速検知部の待機空間を構成する流速検知部待機室とを備え、
流速検知部は、上下一対の横整流板と、該上下一対の横整流板を連結する一対の縦整流板とで構成される整流室を備える整流器に、超音波送信子と超音波受信子とを装着させてなり、
上側の横整流板と、下側の横整流板とのそれぞれに、超音波送信子と超音波受信子とを少なくとも一対備え、上側の横整流板に備える超音波送信子と超音波受信子とで構成される上側超音波送受信子の間においては、下側の横整流板を介して計測信号の送受信を行い、下側の横整流板に備える超音波送信子と超音波受信子とで構成される下側超音波送受信子の間においては、上側の横整流板を介して計測信号の送受信を行うことを第１の特徴としている。
また本発明のサドル型超音波流速計は、上記第１の特徴に加えて、整流器は複数の整流室を備えると共に、各整流室に、上側超音波送受信子と下側超音波送受信子との少なくとも何れか一方を備えることを第２の特徴としている。
また本発明のサドル型超音波流速計は、上記第１又は第２の特徴に加えて、整流室の内面が、矩形状で、且つ凹凸のない平坦面であることを第３の特徴としている。
また本発明のサドル型超音波流速計は、上記第１又は第２の特徴に加えて、整流室の内面が、ベルマウス形状であることを第４の特徴としている。
また本発明のサドル型超音波流速計は、上記第１〜第４の何れか１つの特徴に加えて、超音波送信子と、超音波受信子とを着脱自在に備えることを第５の特徴としている。

上記第１の特徴によるサドル型超音波流速計によれば、固定部材を介して第１のサドルと第２のサドルとを管路を挟んで締結させて、支持棒を管路に固定する構成とすることで、設置が容易で、特に既設の管路にも容易に設置可能な超音波流速計とすることができる。よって、設置作業の短縮化が可能で省コスト化が可能な超音波流速計とすることができる。

また仕切弁室と、流速検知部待機室とを筒状挿通部に備える構成とすることで、流速検知部を流速検知部待機室に一時的に収容することが可能となる。よって、サドル型超音波流速計から流速検知部を取り外すことなく、また管路の被計測流体を止水させることなく、例えば、流速検知部を構成する超音波送信子と超音波受信子との校正を行うことができる。更に、流速検知部を交換する際等には、仕切弁室に備える仕切弁により、確実に止水させた状態で、流速検知部の交換作業を行うことができる。よって、一段と作業性に優れた超音波流速計とすることができる。

また超音波送信子と超音波受信子とを整流器に装着させる構成とすることで、計測時の乱流を効果的に防止でき、被計測流体の流速を精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。

特に上側の横整流板と、下側の横整流板とのそれぞれに、超音波送信子と超音波受信子とを少なくとも一対備え、上側の横整流板に備える超音波送信子と超音波受信子とで構成される上側超音波送受信子の間においては、下側の横整流板を介して計測信号の送受信を行い、下側の横整流板に備える超音波送信子と超音波受信子とで構成される下側超音波送受信子の間においては、上側の横整流板を介して計測信号の送受信を行う構成とすることで、被計測流体内に例えば浮遊物が多く含まれる場合には、上側超音波送受信子間の動作を停止させ、下側超音波送受信子間の動作だけを作動させることで、被計測流体の流速を精度良く計測することができる。一方、被計測流体内に例えば沈殿物が多く含まれる場合には、下側超音波送受信子間の動作を停止させ、上側超音波送受信子間だけの動作を作動させることで、被計測流体の流速を精度良く計測することができる。つまり、計測環境に合わせて、作動させる超音波送受信子を適宜変更することができる。従って、被計測流体の流速の計測を持続的に行うことができる超音波流速計とすることができる。また、被計測流体の流速を精度良く計測することができる超音波流速計とすることができる。

また上記第２の特徴によるサドル型超音波流速計によれば、上記第１の特徴による作用効果に加えて、整流器は複数の整流室を備えると共に、各整流室に、上側超音波送受信子と下側超音波送受信子との少なくとも何れか一方を備えることで、被計測流体の計測範囲を効果的に増大させることができ、被計測流体の流速を一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。

また上記第３の特徴によるサドル型超音波流速計によれば、上記第１又は第２の特徴による作用効果に加えて、整流室の内面を、矩形状で、且つ凹凸のない平坦面とすることで、被計測流体が整流器を通過する際に、一段と乱流が生じることを防止することができる。よって、被計測流体の流速を一段と精度よく計測可能な超音波流速計とすることができる。

また上記第４の特徴によるサドル型超音波流速計によれば、上記第１又は第２の特徴による作用効果に加えて、整流室の内面をベルマウス形状とすることで、整流効果の一段と高い整流器とすることができる。よって、被計測流体の流速を一段と精度よく計測可能な超音波流速計とすることができる。

また上記第５の特徴によるサドル型超音波流速計によれば、上記第１〜第４の何れか１つの特徴による作用効果に加えて、超音波送信子と、超音波受信子とを着脱自在に備えることで、超音波送信子と超音波受信子とを容易に交換可能な超音波流量計とすることができる。よって、製造効率と維持管理の利便性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計を管路に設置した状態を示す一部破断正面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計を示す図で、図１のＡ−Ａ線方向における断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計の分解図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計を構成する整流器の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計を管路に設置した状態において、流速検知部を流速検知部待機室に収容した状態を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計を構成する整流器の変形例１を示す図である。 本発明の第１施形態に係るサドル型超音波流速計を構成する整流器の変形例２を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計を構成する整流器の変形例３を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第２の実施形態に係るサドル型超音波流速計を示す図で、（ａ）は、支持棒の要部を示す図、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るサドル型超音波流速計を管路に設置した状態を示す正面図である。 本発明の第３の実施形態に係るサドル型超音波流速計を管路に設置した状態を示す正面図である。

以下、各図面を参照して、本発明の実施形態に係るサドル型超音波流速計を説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は特許請求の範囲に記載の本発明を限定するものではない。

先ず図１〜図６を参照して、本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１を説明する。

本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１は、超音波送信子と超音波受信子とを用いて管路内を流れる被計測流体の流速の計測を行うものである。より具体的には、本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１は、有圧管路である水道管２内に挿入して用いる、いわゆる挿入型の超音波流速計である。

このサドル型超音波流速計１は、流速検知部１０と、支持棒２０と、調整用ハンドル３０と、ケーブル４０と、支持棒固定部５０と、固定部材６０と、計測部７０とで構成される。

前記流速検知部１０は、超音波送信子と超音波受信子とを備える流速検知手段を構成するものである。
本実施形態においては、流速検知部１０として、超音波送信子と超音波受信子とを装着させてなる整流器１０ａを用いる構成としてある。

前記整流器１０ａは図４に示すように、上下方向に所定の間隔を空けて略平行に配置された上下一対の横整流板１１ａ、１１ｂと、この一対の横整流板１１ａ、１１ｂを上下に連結する一対の縦整流板１２ａ、１２ｂとで構成される。そして、横整流板１１ａ、１１ｂの内面と、縦整流板１２ａ、１２ｂの内面とで水道水の整流を行う整流室１３が形成されている。なお、横整流板１１ａ、１１ｂと、縦整流板１２ａ、１２ｂとは、水道管２の水道水の流れ方向と略平行に配置されている。
また図４においては、説明の便宜上、横整流板１１ａを実際の厚みよりも厚肉に図示するものとする。

また一対の横整流板１１ａ、１１ｂと、一対の縦整流板１２ａ、１２ｂとは、平坦な板状部材で形成されている。これにより、整流室１３の内面は、矩形状で、且つ凹凸のない平坦面となっている。

また本実施形態においては図４に示すように、上側の横整流板１１ａの内部に一対の超音波送受信子１４ａ、１４ｂを設ける構成としてある。
より具体的には図４に示すように、上側の横整流板１１ａに設ける空洞部Ｅ内に超音波送受信子１４ａ、１４ｂを配置する構成としてある。更に具体的には、空洞部Ｅ内に設ける、超音波送受信子を嵌合させるための空間である超音波送受信子嵌合用凹部Ｅ１に、超音波送受信子１４ａ、１４ｂを嵌合させて固定する構成としてある。
なお、超音波送受信子嵌合用凹部Ｅ１に超音波送受信子を嵌合させた状態において、超音波送受信子は、ぐらつくことなく嵌合されているものであるが、図４、図７〜図１０においては説明の便宜上、超音波送受信子嵌合用凹部Ｅ１と超音波送受信子との間に隙間を設けて図示するものとする。
また超音波送受信子１４ａ、１４ｂは、接続配線Ｈ、コネクタＫと接続されており、このコネクタＫを接続部２１に備えるコネクタ（図示しない）に接続することで、計測信号の送受信を行う。
なお本実施形態においては、超音波送信子と、超音波受信子との２つの機能を１つの超音波素子に備える構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、１つの超音波素子に、超音波送信子と、超音波受信子との機能を分けて備える構成としてもよい。

また上側の横整流板１１ａの上面には、ねじ部（図示しない。）が設けられており、このねじ部が支持棒２０の下端に取り付けられている接続部２１に設けるねじ部（図示しない。）に着脱自在に螺合されている。これによって、支持棒２０に整流器１０ａが着脱自在に取り付けられている。
更に、図示していないが、本実施形態においては、横整流板１１ａ、１１ｂと、縦整流板１２ａ、１２ｂとは、着脱自在に連結されている。
このような構成からなる本実施形態のサドル型超音波流速計１においては、横整流板１１ａの着脱に伴って、超音波送受信子が着脱自在となる構成である。
つまり本実施形態においては、横整流板１１ａと、超音波送受信子１４ａ、１４ｂと、接続配線Ｈと、コネクタＫとで、着脱自在な超音波送受信子ユニットＵが構成されている。
なお、超音波送受信子を着脱自在とする構成は、既述した構成に限るものではなく、支持棒２０から整流器１０ａ自体を着脱することで、超音波送受信子を着脱自在とする構成としてもよい。

なお、支持棒２０に整流器１０ａを着脱自在に取り付ける構成は本実施形態の構成に限るものではなく、支持棒２０に整流器１０ａを着脱自在に取り付けることができるものであれば、如何なる構成としてもよい。

また、上記一対の超音波送受信子１４ａ、１４ｂは、一方が超音波送信子の役割を果たす場合は、他方は超音波受信子の役割を果たす。具体的は、水道水の流れと順方向に計測信号を発信する場合には、超音波送受信子１４ａが送信側となり、超音波送受信子１４ｂが受信側となる。一方、水道水の流れと逆方向に計測信号を発信する場合には、超音波送受信子１４ｂが送信側となり、超音波送受信子１４ａが受信側となる。
また図４に示すように、超音波送受信子１４ａと超音波送受信子１４ｂとは、下側の横整流板１１ｂの整流面Ｓ２を介して（整流面１３ｂで計測信号を反射させて）信号の送受を行う。

更に図４に示すように、超音波送受信子１４ａ、１４ｂは、水道水の流れに対して斜め方向に計測信号を送受信できる角度をもって、それぞれ空洞部Ｅに配置されている。

前記支持棒２０は、図１、図２に示すように、流速検知部１０（整流器１０ａ）を支持すると共に、水道管２に設ける孔２ａから支持棒２０に支持される流速検知部１０を管路内に挿入或いは露出させるためものである。
図１、図２に簡略化して示すように、支持棒２０の一端には整流器１０ａを備えると共に、他端には支持棒２０を上下動させるための調整用ハンドル３０を備えている。
なお図示していないが、支持棒２０の内部と調整用ハンドル３０の内部には、ケーブル４０と接続される配線が配設されている。前記ケーブル４０は、後述する計測部７０と接続されて、超音波送受信子１４ａ、１４ｂと計測部７０との間で計測信号の送受を行う。
また図示していないが、この支持棒２０は、水平断面が楕円形状の筒状体で構成されている。より具体的には、長手方向が水道水の流れの向きと同一方向となる水平断面が楕円形状の筒状体で構成されている。
このような支持棒２０は、支持棒固定部５０を介して水道管２に水密に固定される。

前記調整用ハンドル３０は、支持棒２０を上下動させるためのいわゆる把持部となるものである。
本実施形態においては、細長い円柱状部材で調整用ハンドル３０を形成する構成としてある。勿論、調整用ハンドル３０は本実施形態のものに限るものではなく、適宜変更可能である。

前記ケーブル４０は、超音波送受信子１４ａ、１４ｂと計測部７０との間で計測信号の送受を行うためのいわゆる電線である。

前記支持棒固定部５０は、支持棒２０を水道管２に水密に固定するためのものである。本実施形態においては、この支持棒固定部５０は、第１のサドル５１と、筒状挿通部５２と、密閉部５３と、第２のサドル５４とで構成される。

前記第１のサドル５１は、水道管２に設けられる孔２ａの位置に配置されて、固定部材６０を介して、第２のサドル５４と締結されるサドルである。
図２に示すように、この第１のサドル５１には、流速検知部１０を備える支持棒２０を挿通させるための孔５１ａを設けてある。そして、孔５１ａと水道管２の孔２ａとが重なり合うように、第１のサドル５１が水道管２の外面に配置される。
また、図２、図３に示すように、水道管２と第１のサドル５１との間には、封水用の封水用ゴム５５を配置してある。
更に図１、図２に示すように、本実施形態においては、固定部材６０を構成する４本のボルト６１と、８個のナット６２を用いて第１のサドル５１と第２のサドル５２とを水道管２を挟んで締結させる構成としてある。勿論、このような構成に限るものではなく、ボルト６１とナット６２の数や配置位置は、サドルや管路の大きさ、形状に合わせて適宜変更可能である。

前記筒状挿通部５２は、第１のサドル５１から水道管２の径方向に筒状に延出されて流速検知部１０を支持する支持棒２０の挿通路を構成するためのものである。
この筒状挿通部５２は、図１、図２に示すように、連結室５２ａと、仕切弁室５２ｂと、流速検知部待機室５２ｃとから構成される。

前記連結室５２ａは、第１のサドル５１から水道管２の径方向上方に延出されて、第１のサドル５１と仕切弁室５２ｂとを連結するとともに、流速検知部１０（整流器１０ａ）を支持する支持棒２０を挿通させる挿通空間を構成するためのものである。

前記仕切弁室５２ｂは、連結室５２ａから水道管２の径方向上方に延出されて、流速検知部１０（整流器１０ａ）を備える支持棒２０を挿通させる挿通空間を構成するためのものである。また、開閉バルブＢで開閉可能な仕切弁（図示しない）を備えて、孔２ａ、孔５１ａから流出する水道水の通水状態と止水状態とを切り替えるための空間を構成するためのものである。

前記流速検知部待機室５２ｃは、仕切弁室５２ｂから水道管２の径方向上方に延出されて、流速検知部１０（整流器１０ａ）を支持する支持棒２０を挿通させる挿通空間を構成すると共に、流速検知部１０（整流器１０ａ）の一次的な待機空間を構成するためのものである。
より具体的には図５に示すように、例えば、超音波送受信子１４ａ、１４ｂの校正が必要となった場合、調整用ハンドル３０を用いて、支持棒２０の先端に支持されている流速検知部１０（整流器１０ａ）を上昇させる。そして、流速検知部待機室５２ｃに流速検知部１０（整流器１０ａ）を一次的に収容させた状態で、超音波送受信子１４ａ、１４ｂの校正を行う。
なお図１に示すように、流速検知部待機室５２ｃの外面には、他の電気機器等を接続可能なプラグＰを備えている。

前記密閉部５３は、流速検知部１０（整流器１０ａ）を支持する支持棒２０を筒状挿通部５２に水密に固定するためのものである。図示していないが、この密閉部５１は、封水用のパッキンと、支持棒２０の筒状挿通部５２への挿入長さを固定するための固定機構とを備えている。
なお、図１、図２に示すようにこの密閉部５３は、ボルト５３ａとナット５３ｂとを用いて筒状挿通部５２に固定される。
既述した第１のサドル５１と、筒状挿通部５２と、密閉部５３とは、例えば、鋳鉄等を用いて一体成形で形成することができる。

前記第２のサドル５４は、第１のサドル５１と対向する水道管２の外面に配置されて、固定部材６０を介して、第１のサドル５１と締結されるサドルである。

前記固定部材６０は、第１のサドル５１と第２のサドル５４とを水道管２を挟んで締結させるための部材である。
本実施形態においては、既述したように、固定部材６０として、４本のボルト６１と８個のナット６２とを用いる構成としてある。

前記計測部７０は、被計測流体の流速の計測処理を行う部である。この計測部７０は図６に示すように、送受信制御部７１と、流速演算部７２と、流量演算部７３と、異常値判定部７４と、計測制御部７５と、記憶部７６と、表示部７７とで構成される。なお、計測部７０は、図示しないコンピュータで構成されている。

前記送受信制御部７１は、超音波送受信子１４ａ、１４ｂからの超音波の送信処理、受信処理を行うためのものであり、例えば、送信側の超音波送受信子が所定時間間隔で間欠的に超音波を送信し、受信側の超音波送受信子が受信した反射波の受信信号を後段に送るようになっている。

前記流速演算部７２は、水道水の流速Ｖを演算するものである。本実施形態においては、送信側の超音波送受信子が水道水の流れと順方向に超音波を送信してから、受信側の超音波送受信子がその超音波を受信するまでの到達時間と、その逆方向の到達時との差に基づいて流速Ｖ１、Ｖ２をもとめ、その両流速Ｖ１、Ｖ２の平均値（Ｖ１＋Ｖ２／２）を算出することにより、その時点の水道水の流速Ｖを演算する構成（いわゆる時間差方式）としてある。
水道水の流れがない場合には、水道水の流れに対して順方向と逆方向との二つの超音波信号の到達時間は同じであるが、水道水に順方向（図１の白塗り矢印方向）の流れがあると、二つの超音波信号の到達時間に流速に比例した差が生じるため、この到達時間差から水道水の流速を演算する。

前記流量演算部７３は、流速Ｖと水道管１の断面積とから流量を演算し積算するものである。

前記異常値判定部７４は、計測した流速の値が異常値であるか否かを判定するものである。具体的には、計測を行った流速の値と、記憶部７６に記憶させてある過去の計測値とを比較し、所定値以上若しくは所定値以下の差が生じた場合、その計測値を異常値と判定するものである。
このように計測を行った流速の値が異常値判定部７４で異常値と判定された場合、計測制御部７５は、流速の計測を一定時間停止して流速演算部７２の流速値、流量演算部７３の流量値をその停止前の計測値で固定する。そして、一定時間経過後、計測制御部７５は流速の計測を再開する。
なお、異常値が解消されない場合、故障等が想定されるため、異常である旨の信号を表示部７７に出力する。

前記計測制御部７５は、既述したように、超音波送受信子１４ａ、１４ｂでの計測や計測の停止を制御するためのものである。

前記記憶部７６は、流速演算部７２、流量演算部７３、異常値判定部７４の各データを個別に記憶するものである。

前記表示部７７は、流速演算部７２、流量演算部７３で演算された各データ、記憶部７６で記憶する各データを必要に応じて画像表示するためのものである。

次にこのような構成からなるサドル型超音波流速計１の水道管２への固定方法を説明する。図１、図２を参照して、まず、支持棒固定部５０を備える第１のサドル５１と第２のサドル５４とを固定部材６０を介して水道管２の所定位置に固定する。その後、支持棒固定部５０に、水道管２に孔を設けるための穿孔機（図示しない）を取り付ける。そして、穿孔機を用いて水道管２に孔２ａをあける。その後、仕切弁（図示しない）を用いて止水させた後、穿孔機を取り外し、支持棒固定部５０に流速検知部１０を備える支持棒２０を取り付ける。そして、仕切弁（図示しない）を用いて通水状態とした後、筒状挿通部５２に対する流速検知部１０の挿入長さを調整し、支持棒２０を密閉部に固定させる。
以上により、サドル型超音波流速計１が、水道管２に取り付けられる。

以上のような構成からなる本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１は、以下の効果を奏する。

第１のサドル５１と第２のサドル５４とを水道管２を挟んで締結させて、超音波送受信子１４ａ、１４ｂを備える流速検知部１０を支持する支持棒２０を水道管２に固定する構成とすることで、設置が容易で、特に既設の管路にも容易に設置可能な超音波流速計とすることができる。よって、設置作業の効率化、短縮化が可能で省コスト化が可能な超音波流速計を実現することができる。このように、既設の管路に容易に設置可能であるという効果は、従来技術にはない、本発明のサドル型超音波流速計１の重要且つ特異な効果である。

また、筒状挿通部５２に、仕切弁室５２ｂと、流速検知部待機室５２ｃとを備える構成とすることで、例えば、流速検知部１０を構成する超音波送信子１４ａ、１４ｂの校正が必要となった場合には、流速検知部１０を流速検知部待機室５２ｃに一時的に収容することができる。従って、流速検知部１０を取り外すことなく、また水道管２の被計測流体を止水させることなく、流速検知部１０を構成する超音波送信子１４ａ、１４ｂの校正を行うことができる。更に、流速検知部１０を交換する場合には、仕切弁室５２ｂに備える仕切弁により、確実に止水させた状態で、流速検知部１０の交換作業を行うことができる。よって、一段と作業性に優れた超音波流速計とすることができる。
このように、流速検知部１０を一時的に待機させる空間を別途設けたという点は、従来技術にはなかった、本発明のサドル型超音波流速計１の重要且つ特異な構成である。

また、超音波送受信子１４ａ、１４ｂを整流器１０ａに装着させる構成とすることで、計測時の乱流を効果的に防止でき、被計測流体の流速を精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。
更に清流室１３の内面を、矩形状で、且つ凹凸のない平坦面とすることで、被計測流体が整流器１０ａを通過する際に、一段と乱流が生じることを防止することができる。よって被計測流体の流速を一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることできる。

また、超音波送受信子１４ａ、１４ｂを、着脱自在な超音波送受信子ユニットＵ内に設ける構成とすることで、超音波送受信子を容易に交換可能な超音波流速計とすることができ、維持管理の利便性を向上させることができる。

また、支持棒２０の構成を、水平方向の断面が楕円形状の筒状体とする構成とすることで、流路内の障害物でもある支持棒２０の形状による抵抗を効果的に軽減させることができる。よって、水道水の流れによる支持棒２０の揺らぎを効果的に抑えることができることで、整流器１０ａの揺らぎを軽減でき、計測に対する安定性及び超音波流速計の耐久性を効果的に向上させることができる。

また異常値判定部７４を備えることで、被計測流体の流速を一段と精度良く計測することができる超音波流速計とすることができる。

次に図７〜図９を参照して、本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１の変形例１〜変形例３を説明する。

まず図７を参照して、本変形例１は、既述した本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１に対して、流速検知手段（整流器）の構成を変形させたものである。その他の構成は既述した本発明に第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１と同様であることから、同一部材、同一機能を果たすものには同一番号、同一符号を付し、以下詳細な説明は省略するものとする。
なお図７においては、説明の便宜上、横整流板１１ａ、１１ｂを実際の厚みよりも厚肉に図示するものとする。

図７を参照して、本変形例１は、整流器１０ａを構成する横整流板１１ａ、１１ｂのそれぞれに、一対の超音波送受信子を備える構成とするものである。
より具体的には、上側に備える横整流板１１ａに一対の超音波送受信子１４ｃ、１４ｄを設け、下側に備える横整流板１１ｂに一対の超音波送受信子１４ｅ、１４ｆを設ける構成とするものである。
言い換えれば、上側の横整流板１１ａに設ける一対の超音波送受信子１４ｃ、１４ｄで上側超音波送受信子を構成し、下側の横整流板１１ｂに設ける一対の超音波送受信子１４ｅ、１４ｆで下側超音波送受信子を構成するものである。

このように、一つの整流室１３に、上側超音波送受信子と下側超音波送受信子との一組の超音波送受信子を設ける構成（一つの整流室１３の上側と下側とにそれぞれ一対の超音波送受信子を備える構成と）とすることで、被計測流体内に例えば浮遊物が多く含まれる場合には、上側超音波送受信子の動作を停止させ、下側超音波送受信子だけを作動させることで、被計測流体の流速を精度良く計測することができる。一方、被計測流体内に例えば沈殿物が多く含まれる場合には、下側超音波送受信子の動作を停止させ、上側超音波送受信子だけを作動させることで、被計測流体の流速を精度良く計測することができる。つまり、計測環境に合わせて、作動させる超音波送受信子を適宜変更することができる。従って、被計測流体の流速の計測を持続的に行うことができる超音波流速計とすることができる。また、被計測流体の流速を精度良く計測することができる超音波流速計とすることができる。

次に図８を参照して、本発明の実施形態に係るサドル型超音波流速計１の変形例２を説明する。
本変形例２は、既述した本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１に対して、流速検知手段（整流器）の構成を変形させたものである。その他の構成は既述した本発明に第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１と同様であることから、同一部材、同一機能を果たすものには同一番号、同一符号を付し、以下詳細な説明は省略するものとする。
なお図８においては、説明の便宜上、横整流板１１ａ、１１ｄ、１１ｅを実際の厚みよりも厚肉に図示するものとする。

図８を参照して、本変形例２は、整流器１０ａに複数の整流室を多段階に設け、各整流室に超音波送受信子を備える構成とするものである。

具体的には図８を参照して、第１の整流室１３ａと、第２の整流室１３ｂと、第３の整流室１３ｃとの３つの整流室を鉛直方向に配置する構成とするものである。

より具体的には、上側の横整流板１１ａと下側の横整流板１１ｂとで第１の整流室１３ａを構成してある。そして、この第１の整流室１３ａには、上側の横整流板１１ａにのみ、一対の超音波送受信子１４ｇ、１４ｈを装着させてある。つまり、第１の整流室１３ａには、上側超音波送受信子を１つ設けてある。
また、第１の整流室１３ａの下段に、上側の横整流板１１ｃと下側の横整流板１１ｄとで第２の整流室１３ｂを構成してある。なお、第１の整流室１３ａを構成する下側の整流板１１ｂと第２の整流室１３ｂを構成する上側の整流板１１ｃとは、同一部材で兼用させる構成としてある。
そして、この第２の整流室１３ｂには、下側の横整流板１１ｄにのみ、一対の超音波送受信子１４ｉ、１４ｊを装着させてある。つまり、第２の整流室１３ｂには、下側送受信子を１つ設けてある。
更に、第２の整流室１３ｂの下段に、上側の横整流板１１ｅと下側の横整流板１１ｆとで第３の整流室１３ｃを構成してある。そして、この第３の整流室１３ｃには、上側の整流板１１ｅにのみ、一対の超音波送受信子１４ｋ、１４ｍを装着させてある。つまり、第３の整流室１３ｃには、上側送受信子を１つ設けてある。
また、第２の整流室１３ｂと、第３の整流室１３ｃとの間には、コネクタ（図示しない）を備える接続板２１を設けてある。

このように、流速検知部１０（整流器１０ａ）に複数の整流室を多段に設けると共に、各整流室に上側超音波送受信子と下側超音波送受信子との少なくとも何れか一方を備える構成とすることで、水道水の流速の計測範囲を効果的に増大させることができ、水道水の流速を一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。

次に図９を参照して、本発明の実施形態に係るサドル型超音波流速計１の変形例３を説明する。
本変形例３は、既述した本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１に対して、流速検知手段（整流器）の構成を変形させたものである。その他の構成は既述した本発明に第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１と同様であることから、同一部材、同一機能を果たすものには同一番号、同一符号を付し、以下詳細な説明は省略するものとする。

図９を参照して、本変形例３は、整流器１０ａの整流室１３の内面の形状を、ベルマウス形状とするものである。

このような構成とすることで、整流効果の一段と高い整流器とすることができる。よって、被計測流体の流速を一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。

次に、図１０を参照して本発明の第２の実施形態に係るサドル型超音波流速計３と、サドル型超音波流速計３を用いて行う水道管２の水道水の流速計測方法を説明する。

本発明の第２の実施形態に係るサドル型超音波流速計３は、既述した本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１に対して、流速検知部の構成を異なる構成としたものである。その他の構成は既述した本発明に第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１と同様であることから、同一部材、同一機能を果たすものには同一番号、同一符号を付し、以下詳細な説明は省略するものとする。

図１０を参照して、本発明の第２の実施形態に係るサドル型超音波流速計３においては、流速検知手段として、支持棒２０に内蔵させた超音波送受信子を用いる構成としてある。
具体的には、支持棒２０の先端に嵌合用凹部２０ａを形成すると共に、この嵌合用凹部２０ａに超音波送受信子１４ｒ（１４ｓ、１４ｔ、１４ｕ）を着脱自在に設ける構成としてある。
更に具体的には、空洞部Ｅを備える枠部１５と、枠部１５の内部に配置する超音波送受信子１４ｒ（１４ｓ、１４ｔ、１４ｕ）と、接続配線Ｈと、コネクタＫとで、超音波送受信子ユニットＵを形成し、この超音波送受信子ユニットＵを、嵌合用凹部２０ａにねじ部（図示しない。）を介して着脱自在に螺合する構成としてある。
また、支持棒２０に超音波送受信子ユニットＵを取り付けた状態において、支持棒２０の先端の端面２０ｂと、超音波送受信子ユニットＵの端面Ｕ１とが面一となるような構成としてある。加えて、端面２０ｂ及び端面Ｕ１と、水道管２の内面２ｂとが面一となるように、支持棒２０を水道管２に固定する構成としてある。つまり、超音波送受信子ユニットＵを水道管２の内面２ｂと面一に露出させる構成としてある。

そしてこのような構成からなるサドル型超音波流速計３を水道管２の軸方向に間隔を設けて複数個配置して水道水の流速の計測を行う。
具体的には図１０（ｂ）を参照して、隣接するサドル型超音波流速計３が一定の間隔を空けて水道管２の中心軸に対して対称となる位置に、３つのサドル型超音波流速計３ａ、３ｂ、３ｃを配置する。
なお、図１０（ｂ）に示すように、サドル型超音波流速計３ａには１つの超音波送受信子１４ｒを設け、サドル型超音波流速計３ｂには２つの超音波送受信子１４ｓ、１４ｔを設け、サドル型超音波流速計３ｂには１つの超音波送受信子１４ｕを設ける構成としてある。
そして、超音波送受信子１４ｒと超音波送受信子１４ｓとの間で計測信号の送受を行う。また、超音波送受信子１４ｔと超音波送受信子１４ｕとの間で計測信号の送受を行う。

このように支持棒２０に超音波送受信子を内蔵する構成とすることで、流速検知部が水道水の流れの影響を受けることを効果的に防止することができる。よって、一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。更に、端面２０ｂ及び端面Ｕ１と、水道管２の内面２ｂとが面一となるように、支持棒２０を水道管２に固定する構成とすることで、流速検知部が水道水の流れの影響を受けることを一段と効果的に防止することができる。よって、一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。
また、複数個のサドル型超音波流速計３を水道管２の軸方向に配置させて水道水の流速の計測を行う構成とすることで、水道管２の管径が大きい場合であっても、複数地点での水道水の平均流速を容易に計測することができる。従って、水道管２の管径が大きい場合であっても、水道水の流速を精度良く計測可能な流速計測方法とすることができる。

次に、図１１を参照して本発明の第３の実施形態に係るサドル型超音波流速計４と、サドル型超音波流速計４を用いて行う被計測流体の流速計測方法を説明する。

本発明の第３の実施形態に係るサドル型超音波流速計４は、既述した本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１に対して、流速検知部の構成を異なる構成としたものである。その他の構成は既述した本発明に第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１と同様であることから、同一部材、同一機能を果たすものには同一番号、同一符号を付し、以下詳細な説明は省略するものとする。

図１１を参照して、本発明の第３の実施形態に係るサドル型超音波流速計４においては、流速検知手段として、支持棒２０に内蔵させた超音波送受信子を用いる構成としてある。
具体的には図１１を参照して、１本の支持棒２０の先端側に一つの超音波送受信子１４１４ｖを着脱自在に内蔵させると共に、超音波送受信子１４ｖから一定の間隔をあけて、もう一つの超音波送受信１４ｗを支持棒２０に着脱自在に内蔵させる構成としてある。つまり、支持棒２０に一対の超音波送受信子１４ｖ、１４ｗを一定の間隔を空けて内蔵させる構成としてある。そして、これら一対の超音波送受信子１４ｖ、１４ｗが水道管２内に挿入される位置に支持棒２０を固定する構成としてある。
なお、超音波送受信子１４ｖ、１４ｗを支持棒２０に内蔵させる方法は、既述した本発明の第２の実施形態に係るサドル型超音波流速計３と同様の方法を用いることができる。

また支持棒２０に内蔵させる一対の超音波送受信子の間隔は、図１１に示すように、支持棒２０を水道管２に固定した状態において、一対の超音波送受信子が水道管２の内面２ｂの近傍にそれぞれ配置されるような間隔とすることが望ましい。

更に図１１に示すように、本発明の第３の実施形態に係るサドル型超音波流速計４においては、支持棒２０の先端にシリコン等の弾性部材で形成される緩衝部１６を設けると共に、この緩衝部１６を水道管２の内面２ｂに圧接させる構成としてある。
なお図１１は、説明の便宜上、緩衝部１６を水道管２の内面２ｂに接触させていない状態で図示するものである。

そしてこのような構成からなるサドル型超音波流速計４を水道管２の管路の軸方向に間隔を設けて複数個配置して水道水の流速の計測を行う。
具体的には図１２を参照して、２個のサドル型超音波流速計４ａ、４ｂを水道管２の軸方向に間隔を設けて並列配置させる。この際、２個のサドル型超音波流速計４ａ、４ｂにそれぞれ備える支持棒２０が、水道管２に対して同一方向から挿入される位置に、２個のサドル型超音波流速計４ａ、４ｂを配置してある。
そして、超音波送受信子１４ｖと超音波送受信子１４ｘとの間で計測信号の送受を行う。また、超音波送受信子１４ｗと超音波送受信子１４ｙとの間で計測信号の送受を行う。

このように支持棒２０に超音波送受信子を内蔵する構成とすることで、流速検知部が水道水の流れの影響を受けることを効果的に防止することができる。よって、一段と精度良く計測可能な超音波流速計とすることができる。
また、１本の支持棒２０に間隔を空けて一対の超音波送受信子を内蔵させると共に、内蔵される一対の超音波送受信子が水道管２内に挿入される位置に支持棒２０を固定する構成とすることで、複数のサドル型超音波流速計４を水道管２に設置する場合において、それぞれの支持棒２０を、水道管２の同一方向から挿入させる構成とすることができる。よって、複数のサドル型超音波流速計４を、水道管２の同一方向に並列配置させることが可能となる。従って、複数のサドル型超音波流速計４の設置作業の簡略化と設置スペースの狭小化を実現することができる。
また、二つのサドル型超音波流速計４ａ、４ｂを水道管２の軸方向に並列配置させて水道水の流速の計測を行う構成とすることで、水道管２の管径が大きい場合であっても、複数地点での水道水の平均流速を容易に計測することができる。従って、水道管２の管径が大きい場合であっても、水道水の流速を精度良く計測可能な流速計測方法とすることができる。
更に、支持棒２０の先端に緩衝部１６を設けると共に、水道管２の内面２ｂに緩衝部１６を圧接させる構成とすることで、水道水の流速による支持棒２０の揺れを効果的に防止することができる。よって、水道水の流速を精度良く計測可能な超音波流速計及び流速計測方法とすることができる。

なお、既述した本発明の実施形態及び変形例においては、空洞部Ｅに超音波送受信子を嵌合させて固定する構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、空洞部Ｅにポリエチレン樹脂等の樹脂を充填することで、超音波送受信子を固定する構成としてもよい。このような構成とすることで、超音波送受信子のぐらつきを一段と効果的に防止することができる。

また、図８に示す、本発明の第１の実施形態に係るサドル型超音波流速計１の変形例２においては、３つの整流室を鉛直方向（上下方向）に三段に設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、複数の整流室の配置構成（多段化の構成）は適宜変更可能である。例えば、複数の整流室を左右に設ける構成であってもよいし、複数の整流室を上下と左右とに組み合わせて設ける構成としてもよい。つまり、本発明における「多段」とは、上下方向と左右方向との何れの方向も含む概念である。

また、本発明の第１の実施形態及び変形例に係るサドル型超音波流速計においては、一対の超音波送受信子において、整流面で計測信号を反射させて計測信号の送受を行う構成としたが、本発明におけるサドル型流速計は、このような計測方法に限るものではない。例えば、図７に示す構成と同様に複数の超音波送受信子を配置する場合において、斜めに対向する一対の超音波送受信子の間で計測信号の送受を行う構成としてもよい。このような構成も本発明の範囲内に含まれるものである。

また、本実施形態及び変形例においては、超音波素子として、いわゆる時間差方式の超音波素子を用いる構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、例えば、ドップラー方式の超音波素子等、他の方式の超音波送素子を用いる構成としてもよい。

また、整流器や支持棒に、防水式の光学レンズを装着或いは内蔵させ、管路内の内面状況を画像認識できるような構成を付加するものであってもよい。このような構成とすることで、管路内の状況を視覚的に把握可能な超音波流速計とすることができる。

また、本発明の第２、第３の実施形態において、超音波送受信子を支持棒２０へ内蔵させる構成は、既述した構成に限るものではなく、超音波送受信子を支持棒２０へ内蔵させることができるものであれば、如何なる構成であってもよい。

また、本発明の第３の実施形態においては、複数のサドル型超音波流速計４を水道管２に設置する場合において、それぞれの支持棒２０を、水道管２の同一方向から挿入させる構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、複数の支持棒２０を水道管２の多方向から挿入させる構成としてもよい。

また、本実施形態及び変形例においては、管路として、水道管を用いる構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、石油パイプライン等、被計測流体が流れる他の如何なる管路に適用する構成としてもよい。

本発明によれば、被計測流体の流速を精度良く計測することができることから、超音波送受信子を用いて被計測流体の流速を計測する流速計の分野における産業上の利用性が高い。

１ サドル型超音波流速計
２ 水道管
２ａ 孔
２ｂ 内面
３ サドル型超音波流速計
３ａ サドル型超音波流速計
３ｂ サドル型超音波流速計
３ｃ サドル型超音波流速計
４ サドル型超音波流速計
４ａ サドル型超音波流速計
４ｂ サドル型超音波流速計
１０ 流速検知部
１０ａ 整流器
１１ａ 横整流板
１１ｂ 横整流板
１１ｃ 横整流板
１１ｄ 横整流板
１１ｅ 横整流板
１１ｆ 横整流板
１２ａ 縦整流板
１２ｂ 縦整流板
１３ 整流室
１４ａ 超音波送受信子
１４ｂ 超音波送受信子
１４ｃ 超音波送受信子
１４ｄ 超音波送受信子
１４ｅ 超音波送受信子
１４ｆ 超音波送受信子
１４ｇ 超音波送受信子
１４ｈ 超音波送受信子
１４ｉ 超音波送受信子
１４ｊ 超音波送受信子
１４ｋ 超音波送受信子
１４ｍ 超音波送受信子
１４ｐ 超音波送受信子
１４ｑ 超音波送受信子
１４ｒ 超音波送受信子
１４ｓ 超音波送受信子
１４ｔ 超音波送受信子
１４ｕ 超音波送受信子
１４ｖ 超音波送受信子
１４ｗ 超音波送受信子
１４ｘ 超音波送受信子
１４ｙ 超音波送受信子
１５ 枠部
１６ 緩衝部
２０ 支持棒
２０ａ 嵌合用凹部
３０ 調整用ハンドル
４０ ケーブル
５０ 支持棒固定部
５１ 第１のサドル
５１ａ 孔
５２ 筒状挿通部
５２ａ 連結室
５２ｂ 仕切弁室
５２ｃ 流速検知部待機室
５３ 密閉部
５３ａ ボルト
５３ｂ ナット
５４ 第２のサドル
５５ 封水用ゴム
６０ 固定部材
６１ ボルト
６２ ナット
７０ 計測部
７１ 送受信制御部
７２ 流速演算部
７３ 流量演算部
７４ 異常値判定部
７５ 計測制御部
７６ 記憶部
７７ 表示部
Ｂ 開閉バルブ
Ｅ 空洞部
Ｅ１ 超音波送受信子嵌合用凹部
Ｈ 接続配線
Ｋ コネクタ
Ｐ プラグ
Ｓ１ 整流面
Ｓ２ 整流面
Ｓ３ 整流面
Ｓ４ 整流面
Ｓ５ 整流面
Ｕ 超音波送受信子ユニット
Ｕ１ 端面

Claims (5)

1. 超音波送信子と超音波受信子とを備える流速検知手段を用いて、管路内の被計測流体の流速の計測を行う超音波流速計であって、前記流速検知手段を備える流速検知部を支持すると共に、管路に設ける孔から前記流速検知部を管路内に挿入或いは露出させるための支持棒と、該支持棒を管路に水密に固定する支持棒固定部とを備え、前記支持棒固定部が、管路の孔の位置に配置される第１のサドルと、該第１のサドルから管路の径方向に筒状に延出されて前記流速検知部を支持する前記支持棒の挿通路を構成する筒状挿通部と、前記第１のサドルと対向する管路の外面に配置される第２のサドルとを備え、固定部材を介して前記第１のサドルと前記第２のサドルとを管路を挟んで締結させて、前記支持棒を管路に固定し、
   筒状挿通部は、第１のサドルから管路の径方向に延出されると共に、仕切弁を備える仕切弁室と、該仕切弁室から管路の径方向に延出されて、流速検知部の待機空間を構成する流速検知部待機室とを備え、
   流速検知部は、上下一対の横整流板と、該上下一対の横整流板を連結する一対の縦整流板とで構成される整流室を備える整流器に、超音波送信子と超音波受信子とを装着させてなり、
   上側の横整流板と、下側の横整流板とのそれぞれに、超音波送信子と超音波受信子とを少なくとも一対備え、上側の横整流板に備える超音波送信子と超音波受信子とで構成される上側超音波送受信子の間においては、下側の横整流板を介して計測信号の送受信を行い、下側の横整流板に備える超音波送信子と超音波受信子とで構成される下側超音波送受信子の間においては、上側の横整流板を介して計測信号の送受信を行うことを特徴とするサドル型超音波流速計。
2. 整流器は複数の整流室を備えると共に、各整流室に、上側超音波送受信子と下側超音波送受信子との少なくとも何れか一方を備えることを特徴とする請求項１に記載のサドル型超音波流速計。
3. 整流室の内面が、矩形状で、且つ凹凸のない平坦面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサドル型超音波流速計。
4. 整流室の内面が、ベルマウス形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサドル型超音波流速計。
5. 超音波送信子と、超音波受信子とを着脱自在に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のサドル型超音波流速計。

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