JPH0221528B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は測定精度が高く、しかも比較的安価
な気体用超音波流量計に関する。

一般に超音波を利用した流量の測定方式として
は、超音波パルス及び連続波を利用したものがあ
る。前者は超音波パルスの伝播時間が、流れの状
態により変わる原理を用いる方法であり、これに
は時間差法、周波数法がある。後者には位相差
法、ドツプラ法がある。液体用超音波流量計には
周波数法の一種としてシングアランド法が広く実
用に供されている。気体用の超音波流量計として
も上記原理を用いることも当然考えられるが、超
音波パルスは気体媒質中の減衰が比較的大きいの
で流量検出精度が悪いという欠点があつた。連続
波を用いる方式では気体と超音波流量計を構成す
る筐体部との密度比が大きいため、超音波の反射
が強くなり複雑な定在波が発生し、流量の正確な
計測は困難であつた。

この発明は叙上の点に着目して成されたもので
管路断面を所望断面とし、かつ旋回流を矯正でき
る格子構造の整流装置を本体の開口部に設けると
共に本体構造を大口径の開口部と小口径の計測部
と両部を接続する弧状絞り面を備えた可及的絞部
とにより構成し、かつ管内壁には必要領域に亘つ
て有害な超音波の反射を防ぐ吸音材を複覆し、安
価な撓み型振動子で構成される超音波受信器を用
いた連続波による超音波の位相差を検出すること
により被計測流体の流速を計測し、これにより流
量を測定できるようにした気体用超音波流量計を
提供するにある。

以下にこの発明の実施例を図面と共に説明す
る。

１は流量計本体ａの上流側すなわち流体流入側
に開口した大口径矩形断面の開口部、２は超音波
発信器３、および超音波受信器４で構成される超
音波送受信機構ｂを備えた小口径矩形断面の流体
計測部、５は前記開口部１と前記流体計測部２と
の間において対応する矩形断面の各面に亘つて弧
状絞面を以つて連結される可及的絞部で大口径矩
形断面より流入する流体を無理なく絞り込んで、
流体計測部２に移行させることができるようにな
つている。６は開口部１の管壁内に配設した整流
装置で、例えばハニカム構造にしたりできるもの
で旋回流を一定方向の流れに整流できる。７は本
体ａの管壁に沿つて添接した超音波吸収用の吸音
材で面密度が大きい不織布などの材料が有効であ
る。８は本体ａの管壁と吸音材７を接着する両面
接着剤である。なおこの吸音材７は管壁の全域ま
たは必要領域に沿つて添設して超音波の反射影響
のない個処への添設を省くことができる。

処で前述した超音波送受信機構ｂを構成する超
音波発振器３および超音波受信器４は20KHzない
しは50KHzの間の共振周波数を有するバイモルフ
型（撓み型振動子を備えた形式）の超音波素子を
備える。

また、超音波送受信機構ｂは第３図イないしホ
に示すように相対向する管壁に対して流れの上下
位置において互いに相対向する二組の超音波発信
器３と超音波受信器４とを流れに対して順方向と
逆方向に横切るように、且つこれらの線は流れの
中心軸を通るか互に平行するように設置する。図
示においては、相対向する管壁に対する取付方が
５通り形成できるので他の相対向する管壁に対す
る取付方も５通り形成でき、したがつて10通りが
考えられる。

なお、図において１５は管壁の一部において管
壁を貫通して斜め方向に向つて形成される筒状突
出部であつて、所望の超音波発信器３または超音
波受信器４を挿通固着できるようにしてある。

叙上の構成において、この発明の作用を説明す
る。

流量計本体ａの開口部１内に流入した被計測流
体は、大口径矩形断面の整流装置６によつて乱
流、旋回流が整流されると共につぎの可及的絞部
５によつて絞り込まれ、さらに整流化が促がされ
流体計測部２に移送される。

処で、管壁に流れに沿つて配設した二組の超音
波送受信機構ｂの超音波発信器３より図示されな
い発振装置により駆動された連続した超音波が被
計測流体の上流側および下流側から斜め方向に発
信されるので、相対向位置に設けた超音波受信器
４によつて超音波信号が連続して受信される。被
計測流体の流れの速さに応じて上流側および下流
側に設けた超音波受信器４に受信される超音波の
位相差が異なり、二組の超音波送受信機構ｂの計
測結果を演算することにより所望の流量を計測で
きる。

ことに、管壁表面には吸音材７が被着させてあ
るので超音波発信器３より発信される超音波が吸
音材７で吸収されて反射波を派生しないので、超
音波ビームの収束性の悪い前述の共振周波数を有
するバイモルフ型振動子で構成される送受信素子
を使つても、伝播される超音波と干渉する結果生
ずる複雑な定在波の発生が完全に防がれて安定し
た信号の受信検出ができる。

また、流れに対して二組の超音波送受信機構２
が互いに相対向するように配設され管路の全域に
相当する範囲内で巾広く被計測流体の流れを検出
できるので高精度で測定できる。

以上、この発明について一実施例を説明したが
大口径の開口部１、小口径の流体計測部２の断面
形状は矩形に限らず好みの角断面、円断面として
も同様に実施できると共に超音波送受信機構ｂの
本体ａへの取付けも何等実施例の構成に限定され
るものではない。

この発明によれば、大口径の開口部、整流装
置、弧状絞部という一連の構成によつて被計測流
体の乱流状態、とくに旋回流は完全に整流化さ
れ、また偏流状態も改善された流れになつて小口
径の流体計測部に被計測流体が到達するので該部
における超音波送受信による流体の流量の計測は
きわめて精度よく行えると共に超音波発信器を前
述の共振周波数を有するバイモルフ型とするため
共振周波数500KHzまでの振動子を用いる従来の
超音波流量計に比べて超音波の波長を大きくでき
る結果流量範囲を従来に比し格段と拡大できる利
点を有する。

さらにこの発明によれば、管壁には不織布など
の吸音材を被着して超音波の反射を防いで定在波
の発生を防いでいるので超音波ビームの収束性の
悪い比較的安価なバイモルフ振動子を用いるにも
かゝわらず、より測定精度を向上できる。

また、定在波を発生しないので、温度変化によ
り音速が変化する結果生ずる定在波のモード変化
に被計測流体は低温から高温まで広い範囲に亘つ
て安定した流量測定が可能となる。

さらにまた、この発明によれば超音波送受信機
構の設定個処が角断面管路の相対向する平行した
壁面にできるため取付精度が従来の円形管路に比
し格段と向上できる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る超音波流量計の一実施
例を示す一部切欠斜面図、第２図は同上の超音波
発信器および超音波受信器の取付状態を示す断面
説面図、第３図イ，ロ，ハ，ニ，ホは超音波送受
信機構の５通りの取付方を示す説明図である。 １……大口径矩形断面の開口部、２……小口径
矩形断面の流体計測部、６……整流装置、７……
吸音材、ａ……流量計本体、ｂ……超音波発信器
３と超音波受信器４とに構成される一組の超音波
送受信機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大口径形状の開口部と、弧状絞面より成る弧
   状絞部と、小口径形状の流体計測部とを備え流量
   計本体を形成し、かつ開口部には整流装置を設
   け、前記流体計測部の流れに沿つてその上流側と
   下流側に対接した超音波送受信機構を設けること
   により流量を計測するようにした気体用超音波流
   量計において、前記大口径の開口部と小口径の流
   体計測部の断面形状を矩形とし、大口径の開口部
   と小口径の流体計測部の内壁の全域または部分領
   域を超音波吸収用の吸音材で構成し、前記超音波
   送受信機構はバイモルフ型の超音波発信器と超音
   波受信器を用い、前記流体計測部においては離開
   距離をほぼ等しく相対向させた二組の超音波発振
   器と超音波受信器が、流れに対し順方向と逆方向
   でかつ流れを横切つて配設されていることを特徴
   とする気体用超音波流量計。 ２ 二組の超音波発振器と超音波受信器は、流れ
   の中心軸を通り、互いに平行に設けて成る特許請
   求の範囲第１項記載の気体用超音波流量計。 ３ 二組の超音波発振器と超音波受信器は、流れ
   の中心軸を通り、互いに交叉して設けて成る特許
   請求の範囲第１項記載の気体用超音波流量計。 ４ 二組の超音波発振器と超音波受信器は、流れ
   の中心軸を挟んで互いに離開して平行に設けて成
   る特許請求の範囲第１項記載の気体用超音波流量
   計。 ５ 二組の超音波発振器と超音波受信器は、流れ
   の中心軸を挟んで互いに離開させ、かつ平面で平
   行を保ち、側面で交叉させて設けて成る特許請求
   の範囲第１項記載の気体用超音波流量計。 ６ 二組の超音波発振器と超音波受信器は、流れ
   の中心軸を横切つて、互いに交叉させて設けて成
   る特許請求の範囲第１項記載の気体用超音波流量
   計。 ７ 吸音材は不織布を両面接着剤により管壁に添
   設したことを特徴とする特許請求の範囲第１乃至
   ６項いずれかに記載の気体用超音波流量計。