JPH07311062A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波の減衰を最小限に抑え、かつ流速に対
する感度を向上できる超音波流量計を提供する。 【構成】 流路３を形成した流量計本体部２に、流路３
の一部を間にして超音波送・受信機能を有する一対の超
音波変換器５，６を配置し、流路３における一対の超音
波変換器５，６間に位置する部分をその向きを一対の超
音波変換器５，６の配置方向に一致させて形成した。一
対の超音波変換器５，６間に形成される超音波伝搬経路
Ｂが流体の流れ方向（矢印Ａ方向）と平行になって、超
音波が流体から受ける変調量が大きくなるので、超音波
の流速に対する感度が高くなる。接合部材を用いた超音
波流量計では、接合部材を通すことにより超音波放射能
力が低下することがあったが、接合部材を省略したこと
により超音波の放射能力をその分だけ向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波流量計の一例として、図９
に示すものがある。図において、この超音波流量計１の
流量計本体部２にはストレートに延びる流路３が形成さ
れており、流体を矢印Ａ方向に流すようになっている。
流量計本体部２には、一対の楔状の接合部材４が流路３
に対して所定の角度を成すように対向して配設されてい
る。この一対の接合部材４にはそれぞれ、超音波送・受
信機能を有する超音波変換器５，６が設けられている。
一対の超音波変換器５，６には制御回路７が接続されて
いる。

【０００３】一対の超音波変換器５，６は制御回路７に
制御されて、交互に所定時間の超音波送信を行う一方、
相手側の超音波変換器が受信機能を発揮するようになっ
ている。送信側の超音波変換器５（６）からの超音波は
接合部材４及び流量計本体部２および流体を通して受信
側の超音波変換器６（５）に受信される。この場合、超
音波が接合部材４で屈折することを利用し、流体の流れ
方向（矢印Ａ方向）に対して角度θの方向に超音波が流
路３内を伝搬するようにしている。図中、Ｂは超音波伝
搬経路を示す。

【０００４】この超音波流量計１では、超音波が流体の
上流から下流に向けて伝搬する場合には、下流から上流
に向けて伝搬する場合に比してその伝搬速度が相対的に
速くなる現象があることに基づいて、その伝搬時間差を
計測し、流体の流速ひいては流量を計測している。

【０００５】また、他の超音波流量計の例として、図１
０に示すように流路３に対して角度θを成すように一対
の超音波変換器５，６を設けたものがある。この超音波
流量計１では、超音波変換器５，６をその送・受信部が
流路３中に位置するように設けており、図９に比して接
合部材４が省略されている。

【０００６】さらに、他の超音波流量計の例として、図
１１に示す超音波流量計１がある。この超音波流量計１
は、流体の流れ方向に沿うように一対の超音波変換器
５，６を設け、送信側の超音波変換器５（６）からの超
音波が流路３を形成する壁面で反射して受信側の超音波
変換器６（５）に受信されるようになっている。この場
合、流体の流れ方向（矢印Ａ方向）に対して角度θをな
す超音波伝搬経路Ｂが形成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９の超音
波流量計１では、接合部材４で生じる屈折を利用して超
音波を流体の流れ方向に対して斜めに放射している。こ
のため、接合部材４で超音波が減衰して放射能力が低下
する。

【０００８】また、図９、図１０、図１１にそれぞれ示
す超音波流量計１では、超音波を流体の流れ方向に対し
て角度θの方向に放射しており、超音波が流体から受け
る変調量が、流体の流れと同一方向に超音波を放射した
場合の COSθ倍にしかならず、流速（流れ）に対する感
度が低いものであった。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、超音波の減衰を最小限に抑え、かつ流速に対する感
度を向上できる超音波流量計を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、流量計本体部
に形成される主流路の一部を計測流路とし、この計測流
路に超音波送・受信機能を有する一対の超音波変換器を
対向して設け、前記一対の超音波変換器の間に位置する
計測流路は、該計測流路に連接する主流路の部分に対し
て折れ曲って、かつ、前記一対の超音波変換器の超音波
伝搬経路に沿わして設けられていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記構成とすれば、一対の超音波変換器間に形
成される超音波伝搬経路が流体の流れ方向と平行になる
ので、超音波が流体から受ける変調量が大きくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例の超音波流量計１を
図１ないし図５に基づいて説明する。

【００１３】図において、超音波流量計１の流量計本体
部２は後述する射出成形機８により得られている。流量
計本体部２には、液体またはガス等の流体を流す流路３
が形成されており、その途中には略直角の２つの屈曲部
９，１０が形成されている。

【００１４】流路３における２つの屈曲部９，１０の間
の部分は、ストレートに伸びており、当該部分（以下、
ストレート流路部という。）１１で流体は一方の屈曲部
９から他方の屈曲部１０に向けてストレートに流れるこ
とになる。

【００１５】流量計本体部２には、両屈曲部９，１０に
臨むように凹部１２，１３がそれぞれ形成されている。
この凹部１２，１３には、超音波送・受信機能を有する
超音波変換器５，６がそれぞれ配置されており、対をな
している。一対の超音波変換器５，６には制御回路７が
接続されている。一対の超音波変換器５，６は制御回路
７に制御されて、交互に所定時間の超音波送信を行う一
方、相手側の超音波変換器６（５）が受信機能を発揮す
るようになっている。

【００１６】上述したように一対の超音波変換器５，６
間に位置する部分、すなわちストレート流路部１１をそ
の向きが一対の超音波変換器５，６の配置方向に一致す
るように形成したことにより、一方の超音波変換器５
（６）から超音波が送信されると超音波は流体の流れ方
向（矢印Ａ方向）と平行に伝搬して他方の超音波変換器
６（５）に受信される。

【００１７】前記射出成形機８は、図４及び図５に示す
ように第１、第２の金型１４，１５と、第１、第２の金
型１４，１５で形成される空間部に対して進退自在に設
けた第１、第２の入子１６，１７とを備えている。第
１、第２の金型１４，１５及び第１、第２の入子１６，
１７で形成されるキャビティ１８が超音波流量計１の形
状を成すようにされており、該キャビティ１８への樹脂
材料の充填及び入子のスライド及び型開きにより超音波
流量計１が作製される。図中、１９は合せ目を示す。

【００１８】超音波流量計１は、流体の供給源（図示省
略）に接続する上流側配管２０と、流体使用装置（図示
省略）に接続する下流側配管２１との間にパッキン２２
を介して介装されている。上流側配管２０及び下流側配
管２１にはそれぞれフランジ２０，２１が形成されてい
る。両フランジ２０，２１をボルト部材２５及びナット
２６により締結することにより超音波流量計１が上流側
配管２０及び下流側配管２１間に固定されている。図
中、２７は凹部１２，１３に設けた超音波変換器５，６
を覆う蓋であり、この蓋２７は溶着等により流量計本体
部２に取り付けられている。

【００１９】この超音波流量計１では、超音波が流体の
上流から下流に向けて伝搬する場合、下流から上流に向
けて伝搬する場合に比してその伝搬速度が相対的に速く
なる現象があることに基づいて、その伝搬時間差を計測
し、流体の流速ひいては流量を計測している。

【００２０】本実施例では、上述したように超音波伝搬
経路Ｂが流体の流れ方向（矢印Ａ方向）に平行になる。
このため、超音波が流体から受ける変調量が大きくなっ
て流速に対する感度が高くなる。流速に対する感度が高
くなることで、レンジアビリティを広げることができ
る。

【００２１】また、上述した図９ないし図１１に示す超
音波流量計１のように、超音波伝搬経路Ｂが流体の流れ
方向に対して所定の角度を有している場合、高流速時に
超音波が流されて受信しずらいことがあったが、本実施
例では超音波伝搬経路と流れが平行であるため、高流速
時にも超音波伝搬経路が流れにより変更されることなく
安定して超音波の受信を行えるので、計測流速範囲を広
くすることができる。

【００２２】図９の超音波流量計１では、接合部材４の
温度変化に伴う屈折率変化により、超音波伝達効率が低
下することがあったが、接合部材４を省略したことによ
り接合部材４による屈折率変化に伴う超音波伝達効率の
低下を抑制でき、ひいては制御回路７の簡略化及び消費
電力の低減化を図ることができる。また、接合部材４を
用いた超音波流量計１では、接合部材４を通すことによ
り超音波放射能力が低下することがあったが、接合部材
４を省略したことにより超音波の放射能力をその分だけ
向上できることになる。

【００２３】図９ないし図１１の超音波流量計１では、
流速に対して感度を向上させようとすると、伝搬距離を
長くしなければならずこれにより流量計の面間が長くな
ってしまうことが起こり得たが、上述したように流速に
対する感度が向上したので、流量計の面間を狭くするこ
とができる。

【００２４】本実施例では、流量計本体部２を金型を用
いた射出成形により得ているので、量産性が優れたもの
になる。

【００２５】上記実施例では、超音波変換器５，６を流
路３から離間したものとしているが、本発明はこれに限
定されるものではなく、送受信部が流体に接するように
流路３中に配置し、流体を介して直接、一対の超音波変
換器で超音波の送受信を行うように構成してもよい。

【００２６】また、管路の形状は上記実施例に限定され
るものではなく、流路における一対の超音波変換器間に
位置する部分をその向きが該一対の超音波変換器の配置
方向に一致するように形成すればよく、例えば図６に示
すように、屈曲部２８が角ばったものであってもよい
し、あるいは図７に示すように屈曲部２８が緩やかに湾
曲したものであってもよい。

【００２７】上記実施例では、流体の流れ方向を異にし
た超音波の伝搬速度の差が流速、ひいては流量に比例す
ることに基づき伝搬時間差を求めて流量を計測する場合
を例にしたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、図８に示すようにして流量計測するように
してもよい。

【００２８】すなわち、図８の超音波流量計１では、ス
トレート流路部１１を間にするようにして第１、第２の
２組の超音波送・受信器２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０
ｂを設けている。第１の超音波送信器２９ａ及び第２の
超音波受信器３０ｂがストレート流路部１１の一方側
に、また第１の超音波受信器２９ｂ及び第２の超音波送
信器３０ａがストレート流路部１１の他方側に配置され
ている。第１、第２の超音波送信器２９ａ，３０ａには
発振回路３１が接続されており、第１、第２の超音波送
信器２９ａ，３０ａから連続して超音波が放射されてい
る。

【００２９】第１の超音波送信器２９ａからの超音波は
流体中を流体の流れと同等方向（矢印Ａ方向）に伝搬さ
れて第１の超音波受信器２９ｂに受信される。また、第
２の超音波送信器３０ａからの超音波は流体中を流体の
流れと反対方向に伝搬されて第２の超音波受信器３０ｂ
に受信される。

【００３０】第１、第２の超音波受信器２９ｂ，３０ｂ
には、それぞれに受信される超音波に生じている位相差
を求める位相比較回路３２が接続されている。そして、
この超音波流量計１では、前記位相差が流体の流速、ひ
いては流量に比例する特性があることに基づき、位相比
較回路３２が検出する位相差データから流量を求めてい
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、上述したように構成した超音
波流量計であるから、一対の超音波変換器間に形成され
る超音波の伝搬経路が流体の流れ方向と平行になって、
超音波が流体から受ける変調量が大きくなるので、超音
波の流速に対する感度が高くなる。また、接合部材を用
いた超音波流量計では、接合部材を通すことにより超音
波放射能力が低下することがあったが、接合部材を省略
したことにより超音波の放射能力をその分だけ向上でき
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の超音波流量計を模式的に
示す断面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】同超音波流量計の取付状態を示す断面図であ
る。

【図４】同超音波流量計の作製に用いられる射出成形機
を示す断面図である。

【図５】同射出成形機の金型を示す図である。

【図６】流量計本体部の他の例を示す断面図である、

【図７】流量計本体部のさらに他の例を示す断面図であ
る。

【図８】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図９】従来の超音波流量計の一例を示す断面図であ
る。

【図１０】超音波流量計の他の従来例を示す断面図であ
る。

【図１１】超音波流量計のさらに他の従来例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 超音波流量計 ２ 流量計本体部 ３ 流路 ５，６ 超音波変換器 １１ ストレート流路部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流量計本体部に形成される主流路の一部
   を計測流路とし、この計測流路に超音波送・受信機能を
   有する一対の超音波変換器を対向して設け、前記一対の
   超音波変換器の間に位置する計測流路は、該計測流路に
   連接する主流路の部分に対して折れ曲って、かつ、前記
   一対の超音波変換器の超音波伝搬経路に沿わして設けら
   れていることを特徴とする超音波流量計。