JPH05322613A - 流体振動式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は流量に比例した流体の振動を高感度
に検出できるよう構成した流体振動式流量計を提供する
ことを目的とする。 【構成】 流量計本体１には噴出ノズル２、柱状ターゲ
ット３、絞り部５が順次形成され、噴出ノズル２から噴
出された噴流は柱状ターゲット３の作用により振動す
る。流路拡大部４の壁面には噴流の振動周波数を検出す
る超音波送信器１７ａ，１７ｂと超音波受信器１８ａ，
１８ｂとが埋設されている。流量に比例した噴流の振動
は超音波受信器１８ａ，１８ｂからの信号の位相差によ
り検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体振動式流量計に係
り、特に広い測定範囲にわたる高精度の流量計測が可能
な流体振動式流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流量計本体内に、順次下流に向っ
て、噴出ノズル、柱状ターゲット及び絞り部が形成され
てなる流体振動式の流量計が知られている。これは、噴
出ノズルから噴出した噴流の向きが、流体の物性によら
ず、流量に比例した振動数で柱状ターゲットの両側に交
互に偏向する現象（流体振動）を利用し、圧力センサに
より検知したこの流体振動の振動数にもとづてい流量を
演算しこれを表示するものである。

【０００３】又、実公平３−１３６９２号公報に見られ
るように、柱状ターゲットにより振動する流体が流れる
流路内壁に高分子圧電体膜を取付け、振動する流体の圧
力変化を検出する構成の流量計もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に流量に比例した流体の振動に伴う圧力変化を圧力セン
サ又は高分子圧電体膜により検出する構成とされた流体
振動式流量計では、圧力変化により検出された検出信号
が流速の２乗で変化するため、小流量域での計測時には
流速も小さくなって検出信号のレベルが低下して正確な
流量計測が難しくなる。さらに、流体振動を高感度で検
出し、より大きなレベルの検出信号を得るためには、セ
ンサが直接流体に接する構成とする必要があり、特に流
体の流量を計測する場合圧力を検出するセンサ部内に液
体が侵入して正確な圧力検出が難しく、流体振動の圧力
変化検出の信頼性が劣るといった課題がある。

【０００５】又、上記圧力センサ等では外部振動により
誤動作してしまうことがあり、配管振動等の外部振動が
発生しやすい場所での計測精度が低く、設置場所が制限
されるといった課題もある。

【０００６】さらに、上記流量計は、機械的可動部がな
く、流体の物性に依存しないという優れたものである
が、改善すべき問題点を有していた。すなわち、流量の
小さい範囲では、性能が安定せず計測誤差が非常に大き
くなるという問題があった。これは、従来の流量計が、
前記噴流の一部が噴出ノズル側に戻る流れ、すなわち帰
還流と呼ばれるものにより前記流体振動を発生させる構
成をとっていたことに起因することが大きかった。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決した流体
振動式流量計を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、筐体
内部に、矩形状の室を形成する流路拡大部と、該流路拡
大部の内部に設けられた柱状ターゲットと、該流路拡大
部の上流側に設けられた噴出ノズルと、該流路拡大部の
下流側に設けられた絞り部とを有し、該柱状ターゲット
により振動する流体の流れの変化より流量を計測する流
体振動式流量計であって、前記流体の流れに超音波を伝
播させ、前記流量に比例した流体の流れの変化を検出す
る超音波送受信器を前記筐体に設けたことを特徴とす
る。

【０００９】又、請求項２の発明は、前記超音波送受信
器が、前記流路拡大部の側面に沿う流れに超音波を伝播
させるように前記流路拡大部の上流側壁面、下流側壁面
の対向する位置に取付けられたことを特徴とする。

【００１０】又、請求項３の発明は、前記超音波送受信
器が２組設けられ、前記一方の超音波送受信器を前記流
路拡大部の一方の側壁に沿う流れを検出するよう上流側
壁面、下流側壁面に設け、前記他方の超音波送受信器を
前記流路拡大部の他方の側壁に沿う流れを検出するよう
上流側壁面、下流側壁面に設けたことを特徴とする。
又、請求項４の発明は、前記超音波送受信器が２組設け
られ、前記一方の超音波送受信器を前記流路拡大部のい
ずれか一方の側壁に沿う流れを検出するよう上流側壁
面、下流側壁面の上部に設け、前記他方の超音波送受信
器を前記流路拡大部の一方の側壁に沿う流れを検出する
よう上流側壁面、下流側壁面の下部に設け、前記２組の
超音波送受信器の超音波伝播方向が逆向きとなるように
したことを特徴とする。

【００１１】又、請求項５の発明は、前記超音波送受信
器が、前記流路拡大部の対向する両側壁に取付けられた
ことを特徴とする。

【００１２】又、請求項６の発明は、前記超音波送受信
器が、前記絞り部の対向する両側壁に取付けられたこと
を特徴とする。

【００１３】又、請求項７の発明は、前記超音波送受信
器が、前記流路拡大部の上流側壁面と下流側壁面との対
角方向に超音波を伝播させるよう取付けられたことを特
徴とする。

【００１４】又、請求項８の発明は、前記超音波送受信
器が、上下方向で対向するよう前記流路拡大部の底部と
前記流路拡大部の上部を覆う蓋とに取付けられたことを
特徴とする。

【００１５】又、請求項９の発明は、前記超音波送受信
器が、上下方向で対向する前記流路拡大部の底部又は前
記流路拡大部の上部を覆う蓋に反射した超音波を受信す
るように前記蓋又は底部に取付けられたことを特徴とす
る。

【００１６】又、請求項１０の発明は、前記超音波送受
信器が、前記柱状ターゲットに反射した超音波を受信す
るように前記流路拡大部の壁部に取付けられたことを特
徴とする。

【００１７】

【作用】超音波送受信器により流体の振動周波数を検出
することができるので、流速の小さい小流量域でも正確
な流量計測が可能となり、しかも液体の流量計測も支障
なく行なえるばかりか外部振動の影響を受けることなく
流量を計測しうる。

【００１８】又、超音波送受信器の取付位置は流路拡大
部あるいは絞り部のどの方向に超音波を発振しても良い
ので設計の自由度が高い。

【００１９】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる流体振動式流量
計の第１実施例を示す。

【００２０】各図中、流体振動式流量計は流量計本体１
の内部に下流に向って噴出ノズル２、流路拡大部４及び
流路絞り部５が順次形成され、さらに前記流路拡大部４
内の中心線Ｊ上には柱状ターゲット３が設けられてい
る。

【００２１】なお、噴出ノズル２、流路拡大部４及び流
路絞り部５の軸直角断面形状はすべて矩形されている。
すなわち、図２において紙面を直交する方向には内部形
状が変化しないように流量計本体１の下部での横断面形
状と流量計本体１の上部での横断面形状とは同一形状で
ある。

【００２２】流量計本体１は流入口７と連通する流入室
８と、流出口９と連通する流出室１０とを有し、流入室
８と流路拡大部４との間に噴出ノズル２が設けられ、流
路拡大部４と流出室１０との間に流路絞り部５が設けら
れている。又、流量計本体１の上面１ａには略長方形形
状のＯリング溝１１が設けられ、上面１ａの四隅にはね
じ孔１ｂが設けられている。

【００２３】１２は平板状の蓋で、四隅には取付用の孔
１３が穿設されている。この蓋１２は流量計本体１の上
面１ａにＯリング１４を介在して載置され、４本の取付
ボルト１５が各孔１３に挿入されてねじ孔１ｂにねじ込
まれることにより流量計本体１に固定される。尚、流量
計本体１と蓋１２とにより筐体１６が形成される。

【００２４】柱状ターゲット３は横断面形状が長方形状
に形成されており、噴出ノズル２に対向する前面３ａの
幅寸法ａと、前面３ａの両端より後方に延在する側面３
ｂ，３ｃの厚さ寸法ｂとがａ＞ｂとなるように設定され
ている。そして、柱状ターゲット３の前面３ａの両端角
部には半径Ｒの円弧状の曲面３ｄ，３ｅが形成されてい
る。従って、前面３ａの両端と側面３ｂ，３ｃとは曲面
３ｄ，３ｅを介して連続する。

【００２５】流量計本体１の中心線Ｊを含み柱状ターゲ
ット３に直交する平面（図１においては紙面）上におい
て、噴出ノズル２の中心線Ｊより一側の出口内面の端部
２ａから接線状に延び中心線Ｊと交差して柱状ターゲッ
ト３の中心線Ｊより他側の角部の曲面３ｄと接する円弧
６ａの延長線、あるいは、噴出ノズル２出口内面の端部
２ｂから接線状に延び中心線Ｊと交差して柱状ターゲッ
ト３の角部の曲面３ｅと接する円弧６ｂの延長線が、そ
れぞれ流量計本体１内の絞り部５を形成する壁面５ｂ，
５ａに達するように各部の寸法が設定されている。

【００２６】即ち、上記構成になる流体振動式流量計の
各部分は以下のような特徴的な構成とされている。

【００２７】まず、第一に柱状ターゲット３の前面３ａ
の幅ａと、前面３ａの両端角部に設けられた曲面３ｄ，
３ｅの半径Ｒとが次式（１）を満足するように設定され
る。 Ｒ／ａ≦０．０５ …（１） 第二に、噴出ノズル２の幅ｔは柱状ターゲットの幅ａと
が次式（２）を満足するように設定されている。

【００２８】 １．０≦ａ／ｔ≦１．４ …（２） 第三に、柱状ターゲット３の前面３ａの幅ａと柱状ター
ゲット３の側面３ｂ，３ｃの厚さｂとが次式（３）を満
足するように設定されている。

【００２９】 ｂ／ａ≦０．６ …（３） 第四に、柱状ターゲット３に直交する平面上において、
図１に示す如く噴出ノズル２の出口内面の一方の端部２
ａより接線方向に出て、軸線Ｊに対して前記端部２ａと
反対側に位置する柱状ターゲット３の端部３ｂに接する
円弧６ａの延長線が、流路拡大部４の内側面４ｂに達す
る手前で、絞り部５から延びる壁面５ｂに達し、また円
弧６ｂについても同様の条件が満足されるように、噴出
ノズル２の幅ｔ、噴出ノズル２から柱状ターゲット３ま
での距離Ｈ、噴出ノズル２から絞り部５までの距離Ｌ、
絞り部５の幅Ｔ、流路拡大部４の幅Ｗが設定されてい
る。第五に、前記壁面５ａ，５ｂと流路拡大部４の内側
面４ａ，４ｂとはそれぞれ明らかに分離した形状とされ
ている。すなわち、なだらかな曲面で接続されておら
ず、噴出ノズル２からの噴流が前記壁面５ａ，５ｂに当
っても噴出ノズル２側に戻り帰還流が生じにくい形状と
されている。

【００３０】第六に、噴出ノズル２の出口から絞り部５
までの距離Ｌと、噴出ノズル２の出口から柱状ターゲッ
ト３までの距離Ｈとが、次式（４）を満足するように設
定されている。

【００３１】 Ｈ／Ｌ≧０．５ …（４） 第七に、前記円弧６ａ，６ｂの延長線のそれぞれが前記
壁面５ｂ，５ａと交差する各点間の距離Ｃと、柱状ター
ゲット３の幅ａ及び絞り部５の幅Ｔとが、次式（５）を
満足するように設定されている。

【００３２】 ａ≦Ｔ≦Ｃ …（５） 今、上記流量計本体１を被測流体が流れる流路に接続す
ると、図３において、噴出ノズル２から噴出した噴流１
９は、柱状ターゲット３の作用によってどちらかに偏向
し、例えば壁面５ａに向う流れとなる。すると、柱状タ
ーゲット３の下流側に図３に示すような渦２０が発生
し、この渦２０によって柱状ターゲット３の廻りに循環
流２１が発生する。この循環流２１は、噴流１９を反対
側へ偏向させる向きに発生するので、これによって噴流
１９はその流れ方向が壁面５ｂに向うように切換わる。
そして、この切換えが交互に発生し、流量に比例した周
波数の流体振動となる。

【００３３】上記噴流１９の流れにより流路拡大部４の
側面４ａ又は４ｂに沿う循環流２２が発生する。この循
環流２２は噴流１９が壁面５ａに向う流れるとき側面４
ａに沿って逆流するように循環し、噴流１９が壁面５ｂ
に向う流れのとき側面４ｂに沿って逆流するよう循環す
る。

【００３４】流量計本体１の内部には上記流体振動を検
出するための超音波センサが２組設けられており、この
超音波センサは超音波を送信する第１，第２の超音波送
信器（以下、送信器という）１７ａ，１７ｂと、超音波
を受信する第１，第２の超音波受信器（以下、受信器と
いう）１８ａ，１８ｂとよりなる。

【００３５】送信器１７ａ，１７ｂは流路拡大部４の壁
面５ａ，５ｂの端部に埋設されている。又、受信器１８
Ａ，１８Ｂは送信器１７ａ，１７ｂと対向するように壁
面２ｃ，２ｄに埋設されている。送信器１７ａ，１７ｂ
から発信された超音波は流路拡大部４の壁面４ａ，４ｂ
に沿って進行するため、前述した噴流１９の流体振動に
より発生する循環流２２の中を伝播することになる。

【００３６】又、本実施例では、柱状ターゲット３の前
面３ａの幅ａと、柱状ターゲット３の前面３ａの幅ａ
と、柱状ターゲット３の前面３ａと側面３ｂ，３ｃとの
角部が半径Ｒの曲面３ｄ，３ｅとが前記（１）式を満足
するように設定されているため、小流量域でも渦及び循
環流が安定的に発生する。従って、測定可能な最小流量
をより一層下げることができ、その結果広範囲な流量計
測が可能となる。

【００３７】超音波センサの送信器１７ａ，１７ｂと受
信器１８ａ，１８ｂとは同様な構成であるので、ここで
は送信器１７ａについて説明する。

【００３８】図４に示す如く、送信器１７ａは、有底筒
状のホルダ２３と、ホルダ２３の収納室２３ａの内に収
納され底面２３ｂに当接する超音波素子２４と、超音波
素子２４に当接する保持部材２５と、保持部材２５を超
音波素子２４に押圧するさらばね２６と、さらばね２６
に当接し収納室２３ａの開口に螺入されたナット２７と
よりなる。２８はリード線で、ナット２７及び保持部材
２５を貫通して超音波素子２４に接続されている。

【００３９】従って、送信器１７ａは超音波素子２４が
ホルダ２３及びナット２７により囲まれて被測流体と接
しないように取付けられており、気体だけでなく液体を
計測するのにも適した構成となっている。

【００４０】又、本実施例では、図５に示す如く、送信
器１７ａ，１７ｂは発振回路３０に接続され、受信器１
８ａ，１８ｂは位相比較回路３１に接続されている。そ
して、位相比較回路３１から出力された信号はフィルタ
回路３２、増幅回路３３、波形整形回路３４により流量
パルスとされ、この流量パルスは演算回路３５で積算さ
れて流量値に変換される。

【００４１】ここで、上記流体振動の周波数を検出する
流量計測動作につき説明する。

【００４２】図６に示す如く、流入室８から噴流ノズル
２を通過した噴流１９は柱状ターゲット３の作用により
壁面５ｂに向う流れとなり、さらに絞り部５へ向う噴流
３６となって流出する。その際、柱状ターゲット３の下
流側に渦２０が発生し、この渦２０により柱状ターゲッ
ト３の廻りに循環流２１が発生する。これと同時に噴流
１９より分流した循環流２２が壁面４ｂに沿って発生す
る。そして、送信器１７ａ，１７ｂは発振回路３０から
の発振信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ の供給により超音波素子２４が発
振して流体中に超音波を放射する。

【００４３】送信器１７ａ，１７ｂからの超音波は壁面
４ａ，４ｂに沿って進行し、受信器１８ａ，１８ｂで受
信され、超音波素子２４により電気信号に変換される。

【００４４】又、循環流２１は噴流１９を反対側へ偏向
される向きに発生するため、噴流１９は図７に示すよう
に反対側、つまり壁面５ａに向う流れに切換わる。この
噴流１９の流れ方向の切換えは交互に行なわれ、この噴
流１９の振動周波数が流量に比例している。

【００４５】本実施例では、この噴流１９の切換による
流れの変化を超音波センサを使用しており、受信器１８
ａ，１８ｂが受信した超音波の位相差により噴流１９の
切換動作による振動周波数を検出する。

【００４６】即ち、発振回路３０からの発振信号Ｓ₁ ，
Ｓ₂ は次式（６）で表わせる。

【００４７】 Ｓ₁ ＝Ｓ₂ ＝Ａ sin ωｔ …（６） 但し、ω＝２πｆ〔ｒａｄ／ｓ〕 ｆは超音波振動周波数、 Ａは超音波信号の振幅である。

【００４８】送信器１７ａ，１７ｂの超音波素子２４が
発振回路３０からの発振信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ により超音波を
発生すると、図６においては送信器１７ｂからの超音波
が循環流２２の流れの中を同方向に伝播する。そのた
め、受信器１８ｂに受信される超音波は循環流２２の流
速分の変調を受けた信号となり流体中を伝播する。これ
に対し、反対側の送信器１７ａから放射された超音波は
ほとんど流れのない流体中を伝播するため、流れによる
変調を受けない信号のまま受信器１８ａに受信される。

【００４９】従って、循環流２２が発生した流体中を伝
播する超音波を受信した受信器１８ｂから出力される受
信信号Ｓ₂ ’では次式（７）で表わせる。

【００５０】 Ｓ₂ ’＝Ａ sin (ωｔ−φ） …（７） 又、循環流２１の作用により噴流１９の流れ方向が図７
に示すように壁面５ａに向う流れに切換わると、側壁４
ａに沿う循環流２２が発生する。そのため、送信器１７
ａからの超音波が循環流２２の流れの中を同方向に伝播
することになり、受信器１８ａに受信される超音波は循
環流２２の流速分加速される。これに対し、反対側の送
信器１７ｂから放射された超音波はほとんど流れのない
流体中を伝播するため、流れによる変調を受けない信号
のまま受信器１８ｂに受信される。

【００５１】位相比較回路３１では一対の受信器１８
ａ，１８ｂより出力された受信信号Ｓ ₁ ’，Ｓ₂ ’が入
力され、両信号Ｓ₁ ’，Ｓ₂ ’の位相差を検出し、
Ｓ₁ ’＞Ｓ ₂ ’又はＳ₁ ’＜Ｓ₂ ’に切換わるとき、即
ち噴流１９の流れ方向が図６又は図７に示すように切換
わるとき、その検出信号を出力する。そして、演算回路
３５は位相比較回路３１からの信号がフィルタ回路３
２、増幅回路３３、波形整形回路３４を介して入力され
ると、そのパルス数を積算して流量を算出する。

【００５２】このように受信器１８ａと１８ｂからの信
号の位相差により流量計測できるので、流速の小さい小
流量域から大流量域まで流速に拘わりなく正確に流量計
測することが可能になり、しかも上記超音波センサを使
用しているので、液体でも気体でも良好に計測できる。
又、外部振動の影響も受けにくく、流量計の取付場所が
制限されない。

【００５３】尚、送信器１７ａ，１７ｂ及び受信器１８
ａ，１８ｂの取付位置は上記実施例に限らず、例えば送
信器１７ａ，１７ｂと受信器１８ａ，１８ｂとの位置を
逆にしても良い。その場合、上記循環流２２の流れ方向
は送信器１７ａ，１７ｂから放射された超音波の伝播方
向と逆向きになる。この場合、受信器１８ａ，１８ｂか
ら出力される受信信号Ｓ₁ ’，Ｓ₂ ’は次式（８）で表
わせる。

【００５４】 Ｓ₁ ’＝Ｓ₂ ’＝Ａ sin (ωｔ＋φ’） …（８） そして、上記と同様位相比較回路３１により両信号の位
相差が検出されて噴流１９の振動周波数が計測される。

【００５５】図８に本発明の第２実施例を示す。

【００５６】同図中、２組の超音波センサが片側の壁面
に設けられ、夫々超音波の伝播方向が逆向きとなるよう
に設けられている。即ち、柱状ターゲット３の左側に位
置する壁面５ｂに第１の送信器１７ａと第２の受信器１
８ｂとが縦方向にずらして設けられている。又、壁面５
ｂに対向する壁面２ｄには第１の受信器１８ａと第２の
送信器１７ｂとが縦方向にずらして設けられている。

【００５７】従って、第１の送信器１７ａからの超音波
は循環流２２と同方向に伝播し、第２の送信器１７ｂか
らの超音波は循環流２２と逆方向に伝播する。

【００５８】そのため、流量計測時、柱状ターゲット３
の左側に噴流１９が流れ循環流２２が側壁４ｂに沿って
発生したとき、上側の送信器１７ａからの超音波は循環
流２２の流速分位相の進む方へ変調され、下側の送信器
１７ｂからの超音波は循環流２２の流速分位相の遅れた
方へ変調される。よって、受信器１８ａと１８ｂとから
出力された信号の位相差は２倍となる。

【００５９】一方、噴流１９の流れ方向が柱状ターゲッ
ト３の右側へ切換ると循環流２２は側壁４ａに沿って発
生する。そのため、循環流２２が発生しない左側では送
信器１７ａ，１７ｂからの超音波が同位相で受信器１８
ａ，１８ｂに受信される。

【００６０】よって、位相比較回路３１での噴流１９の
切換動作の検出感度が第１実施例よりも高められ、小流
量域においてもより正確な流量計測が可能となる。

【００６１】図９に本発明の第３実施例を示す。

【００６２】同図中、流量計本体１には１組の超音波セ
ンサが設けられている。つまり、流路拡大部４の壁面５
ｂには送信器１７ａが埋設され、対向する壁面２ｃには
受信器１７ヘが埋設されている。

【００６３】本実施例では噴流１９が柱状ターゲット３
の左側を流れ、循環流２２が側壁４ｂに沿って発生する
と、送信器１７ａからの超音波が加速されて受信され
る。しかし、噴流１９が柱状ターゲット３の右側を流れ
ると循環流２２も反対側の側壁４ａに沿って発生するた
め、送信器１７ａからの超音波は位相を進ませるよう変
調されずに受信される。

【００６４】そして、位相比較回路３１では受信器１８
ａから出力された信号Ｓ₁ ’と発振回路３０からの発信
信号Ｓ₁ とが入力され、両信号間の位相差を検出してい
る。従って、噴流１９が図９に示すように柱状ターゲッ
ト３の左側を通過する流れのときのみ、位相差が検出さ
れ、その信号が増幅、波形整形されて演算回路３５へ出
力される。

【００６５】本実施例の場合、１組の超音波センサによ
り噴流１９の振動周波数を検出できるので第１，第２実
施例よりも超音波センサを減らして構成の簡略化及び組
立及び加工工程の手間を削減できる。

【００６６】図１０に本発明の第４実施例を示す。

【００６７】同図中、送信器１７ａは柱状ターゲット３
の右側に位置する側壁４ａに埋設され、受信器１８ａは
柱状ターゲット３の左側に位置する側壁４ｂに埋設さ
れ、噴流１９の流れ方向の切換えを検出する。送信器１
７ａと受信器１８ａとは柱状ターゲット３の上流側で対
向するように設けられており、送信器１７ａから放射さ
れた超音波は流路拡大部４内を横切って送信器１８ａに
到達する。

【００６８】従って、超音波は噴流９の横方向から伝播
することになる。しかし、噴流１９は壁面５ａ又は５ｂ
に向う湾曲した流れとなるため、超音波の伝播経路を斜
め通過する。従って、噴流１９が壁面５ｂに向う流れの
とき超音波は位相を進ませるように変調され、噴流１９
が壁面５ａに向う流れのとき超音波は位相を遅らせる変
調となる。

【００６９】又、受信器１８ａから出力された受信信号
Ｓ₁ ’を振幅変調することにより、噴流１９の振動周波
数を検出できる。これを波形図で表わすと、図１１
（Ａ），（Ｂ）に示す如くとなり、発振回路３０から送
信器１７ａに一定振幅の発振信号Ｓ₁ が入力されると、
受信器１８ａは噴流１９の偏向により大きく振幅変調さ
れた受信信号Ｓ₁ ’を出力する。この受信信号Ｓ₁ ’の
包絡線、即ち変調された振幅の周波数は噴流１９の振動
周波数と一致する。

【００７０】従って、受信器１８から出力された受信信
号Ｓ₁ ’は位相復調回路３７に入力され、位相復調回路
３７は位相変調された周波数を検出し、その信号をフィ
ルタ回路３２、増幅回路３３、波形整形回路３４を介し
て演算回路３５に出力する。図１２に本発明の第５実施
例を示す。

【００７１】同図中、送信器１７ａ及び受信器１８ａは
柱状ターゲット３の下流側の側壁４ａ，４ｂに設けても
良い。この場合も上記第４実施例と同様位相復調回路３
７により噴流１９の振動周波数が検出される。

【００７２】第４，５実施例のように、超音波が流路拡
大部４を横切る構成では流量計本体１の側面１ｃ，１ｄ
に取付孔３８を穿設し、この取付孔３８に送信器１７
ａ、受信器１８ａを挿入してキャップ３９をねじ込むこ
とにより容易に取付けることができる。

【００７３】図１３に本発明の第６実施例を示す。

【００７４】同図中、送信器１７ａは絞り部５の右側の
側壁５ｃに埋設され、受信器１８ａは対向する左側の側
壁５ｄに埋設されている。送信器１７ａから放射された
超音波は絞り部５を横切って受信器１８ａに到達する。
そして、絞り部５には柱状ターゲット３を通過した噴流
３６が渦２０を迂回するように中心線Ｊに対して斜めに
流入する。従って、噴流３６は上流側の噴流１９の振動
周波数と同一の周波数で渦２０の右側又は左側へ流れ方
向を切換える。

【００７５】そのため、送信器１７ａからの超音波は噴
流３６の振動により変調されて受信器１８ａに受信され
る。そして、位相復調回路３７は受信器１８ａより出力
された受信信号Ｓ₁ ’より位相変調の周波数を検出し、
その検出信号を演算回路３５へ出力する。本実施例の場
合、送信器１７ａと受信器１８ａとの距離が短く、且つ
絞り部５を流れる噴流３６が主流となるため、噴流３６
以外の流体の流れがノイズとなって検出されず、受信器
１８ａの受信レベルがより高められている。

【００７６】図１４に本発明の第７実施例を示す。

【００７７】同図中、流路拡大部４を囲む壁面２ｃ，２
ｄ及び５ａ，５ｂの角部には２組の超音波センサが設け
られている。即ち、上流側の壁面２ｃの角部には第１の
送信器１７ａが埋設され、反対側の壁面２ｄの角部には
第２の送信器１７ｂが埋設されている。そして、下流側
の壁面５ｂの角部には第１の受信器１８ａが埋設され、
反対側の壁面５ａの角部には第２の受信器１８ｂが埋設
されている。さらに、送信器１７ａ，１７ｂと受信器１
８ａ，１８ｂとは対角線上で対向するように各壁面２
ｃ，２ｄ，５ａ，５ｂに対して傾斜して設けられてい
る。

【００７８】そのため、送信器１７ａからの超音波は壁
面５ｂに向う噴流１９と同方向に伝播し、送信器１７ｂ
からの超音波は壁面５ａに向う噴流１９と同方向に伝播
する。

【００７９】従って、噴流１９の振動周波数と同じ周波
数で受信器１８ａ，１８ｂに受信される超音波が交互に
変調される。よって、位相比較回路３１は受信器１８
ａ，１８ｂより出力された受信信号Ｓ₁ ’，Ｓ₂ ’を比
較して噴流１９の振動周波数の検出信号を出力する。本
実施例では噴出ノズル２から噴出した噴流１９の中を超
音波が伝播するため、受信器１８ａ，１８ｂの受信感度
が高まり、より正確な流量計測が行える。

【００８０】図１５及び図１６に本発明の第８実施例を
示す。

【００８１】両図中、流路拡大部４の底面４ｃと、流路
拡大部４を閉塞する蓋１２の下面１２ａとには２組の超
音波センサが設けられている。即ち、蓋１２の下面１２
ａには送信器１７ａ，１７ｂが埋設され、流路拡大部４
の底面４ｃには受信器１８ａ，１８ｂが埋設されてい
る。又、送信器１７ａ，１７ｂ及び受信器１８ａ，１８
ｂは噴出ノズル２から噴出した噴流１９に超音波を斜め
に交差させるようにやや傾いて設けられている。

【００８２】従って、噴流１９が柱状ターゲット３の左
側に偏向されたときは受信器１８ａで受信される超音波
が変調され、噴流１９が柱状ターゲット３の右側に偏向
されたときは受信器１８ａで受信される超音波が変調さ
れる。よって、変調の周波数は噴流１９の振動周波数と
一致する。そのため、受信器１８ａ，１８ｂから出力さ
れた受信信号Ｓ₁ ’，Ｓ₂ ’が位相比較回路３１に入力
されると、噴流１９と同一周波数の位相変調の検出信号
が出力されて流量が算出される。

【００８３】本実施例では蓋１２に送信器１７ａ，１７
ｂが設けられているので、送信器１７ａ，１７ｂの組立
が容易に行える。

【００８４】図１７に本発明の第９実施例を示す。

【００８５】同図中、流路拡大部４の底面４ｃには１組
の超音波センサ、つまり送信器１７ａと受信器１８ａと
が埋設されている。送信器１７ａは蓋１２の下面１２ａ
の中央に向けて傾斜して取付けられ、反対側に位置する
受信器１８ａも蓋１２の下面１２ａの中央に向けて傾斜
して取付けられいてる。従って、送信器１７ａから放射
された超音波は蓋１２の下面１２ａで反射して受信器１
８ａに到達する。

【００８６】噴出ノズル２から噴出された噴流１９は、
柱状ターゲット３の左側を通過するとき送信器１７ａか
ら放射された超音波と交差し、柱状ターゲット３の右側
を通過するとき蓋１２で反射した超音波と交差する。そ
のため、受信器１８ａで受信される超音波は噴流１９の
振動周波数と同一周波数で変調される。従って、受信器
１８ａからの信号Ｓ₁ ’が位相復調回路３７に入力され
ると、この信号Ｓ₁ ’より位相変調の周波数が検出さ
れ、その検出信号が演算回路３５で積算されて流量が算
出される。

【００８７】図１８に本発明の第１０実施例を示す。

【００８８】同図中、流路拡大部４の一方の側壁４ａに
は１組の送信器１７ａと受信器１８ａとが柱状ターゲッ
ト３の側面に対して傾斜して設けられている。

【００８９】そのため、送信器１７ａからの超音波は柱
状ターゲット３の側面を通過する噴流と交差する方向に
進行して柱状ターゲット３に到達する。そして、柱状タ
ーゲット３で反射した超音波は壁面４ａ側へ反射して受
信器１８ａで受信される。従って、受信器１８ａに受信
される超音波は、噴流１９の振動周波数と同じ周波数で
変調される。

【００９０】その結果、上記第９実施例と同様、演算回
路３５により流量が算出される。

【００９１】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる流体振動式流
量計は、超音波送受信器により流量に比例して発生する
流体の振動周波数を検出することができるので、流速の
小さい小流量域でも流体振動を高感度に検出でき、より
正確な流量計測が可能となり、小流量域から大流量域ま
で計測範囲を拡げることができる。しかも、超音波送受
信器は外部振動の影響を受けにくい構造のため、流量計
の設置場所が制限されず外部振動が伝わりやすい環境で
も正確な流量計測が可能である。さらに、超音波送受信
器を超音波素子が直接流体に接触しない構造にできるの
で、液体を計測する場合でも流量計測等の信頼性を高め
ることができる。

【００９２】又、上記第１〜第１０実施例に示すように
超音波送受信器の取付位置を選択することができるので
設計の自由度が高く流量計の特性に合わせて取付位置を
決めることができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる流体振動式流量計の第１実施例の
分解斜視図である。

【図２】流量計本体の横断面図である。

【図３】流体の流れを説明するための平面図である。

【図４】超音波送受信器の縦断面図である。

【図５】信号検出の回路図である。

【図６】第１実施例の流量計測動作を示す横断面図であ
る。

【図７】第１実施例の流体振動を示す横断面図である。

【図８】本発明の第２実施例の斜視図である。

【図９】本発明の第３実施例の横断面図である。

【図１０】本発明の第４実施例の横断面図である。

【図１１】発振信号、受信信号の波形図である。

【図１２】本発明の第５実施例の斜視図である。

【図１３】本発明の第６実施例の横断面図である。

【図１４】本発明の第７実施例の横断面図である。

【図１５】本発明の第８実施例の横断面図である。

【図１６】図１５中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。

【図１７】本発明の第９実施例の縦断面図である。

【図１８】本発明の第１０実施例に縦断面図である。

【符号の説明】 １ 流量計本体 ２ 噴出ノズル ３ 柱状ターゲット ４ 流路拡大部 ５ 絞り部 ８ 流入室 １０ 流出室 １２ 蓋 １６ 筐体 １７ａ，１７ｂ 超音波送信器 １８ａ，１８ｂ 超音波受信器 １９，３６ 噴流 ２２ 循環流 ２４ 超音波素子 ３０ 発振回路 ３１ 位相比較回路 ３５ 演算回路 ３７ 位相復調回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 繁憲 大阪府大阪市西区千代崎３丁目２番95号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 上田 浩史 大阪府大阪市西区千代崎３丁目２番95号 大阪瓦斯株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体内部に、矩形状の室を形成する流路
   拡大部と、該流路拡大部の内部に設けられた柱状ターゲ
   ットと、該流路拡大部の上流側に設けられた噴出ノズル
   と、該流路拡大部の下流側に設けられた絞り部とを有
   し、該柱状ターゲットにより振動する流体の流れの変化
   より流量を計測する流体振動式流量計であって、 前記流体の流れに超音波を伝播させ、前記流量に比例し
   た流体の流れの変化を検出する超音波送受信器を前記筐
   体に設けたことを特徴とする流体振動式流量計。
2. 【請求項２】 前記超音波送受信器は、前記流路拡大部
   の側面に沿う流れに超音波を伝播させるように前記流路
   拡大部の上流側壁面、下流側壁面の対向する位置に取付
   けられたことを特徴とする請求項１の流体振動式流量
   計。
3. 【請求項３】 前記超音波送受信器は２組設けられ、前
   記一方の超音波送受信器を前記流路拡大部の一方の側壁
   に沿う流れを検出するよう上流側壁面、下流側壁面に設
   け、 前記他方の超音波送受信器を前記流路拡大部の他方の側
   壁に沿う流れを検出するよう上流側壁面、下流側壁面に
   設けたことを特徴とする請求項１の流体振動式流量計。
4. 【請求項４】 前記超音波送受信器は２組設けられ、前
   記一方の超音波送受信器を前記流路拡大部のいずれか一
   方の側壁に沿う流れを検出するよう上流側壁面、下流側
   壁面の上部に設け、 前記他方の超音波送受信器を前記流路拡大部の一方の側
   壁に沿う流れを検出するよう上流側壁面、下流側壁面の
   下部に設け、 前記２組の超音波送受信器の超音波伝播方向が逆向きと
   なるようにしたことを特徴とする請求項１の流体振動式
   流量計。
5. 【請求項５】 前記超音波送受信器は、前記流路拡大部
   の対向する両側壁に取付けられたことを特徴とする請求
   項１の流体振動式流量計。
6. 【請求項６】 前記超音波送受信器は、前記絞り部の対
   向する両側壁に取付けられたことを特徴とする請求項１
   の流体振動式流量計。
7. 【請求項７】 前記超音波送受信器は、前記流路拡大部
   の上流側壁面と下流側壁面との対角方向に超音波を伝播
   させるよう取付けられたことを特徴とする請求項１の流
   体振動式流量計。
8. 【請求項８】 前記超音波送受信器は、上下方向で対向
   するよう前記流路拡大部の底部と前記流路拡大部の上部
   を覆う蓋とに取付けられたことを特徴とする請求項１の
   流体振動式流量計。
9. 【請求項９】 前記超音波送受信器は、上下方向で対向
   する前記流路拡大部の底部又は前記流路拡大部の上部を
   覆う蓋に反射した超音波を受信するように前記蓋又は底
   部に取付けられたことを特徴とする請求項１の流体振動
   式流量計。
10. 【請求項１０】 前記超音波送受信器は、前記柱状ター
    ゲットに反射した超音波を受信するように前記流路拡大
    部の壁部に取付けられたことを特徴とする請求項１の流
    体振動式流量計。