JPH0921666A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波流量計の計測精度を高める。 【構成】 流路１と超音波伝搬路９との交差部分に、流
路１に凹凸が発生しないように超音波透過膜１１を設け
る。流体は、流路１および超音波透過膜１１に沿って流
れるため、渦が淀み点などは発生しない。また、超音波
は、薄い膜状の超音波透過膜１１を効率よく透過するた
め、高精度な超音波流量計を構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用してガス
・水などの流体の流量を計測する超音波流量計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波流量計は、図５に
示すように、流路１の上流と下流とに一対の超音波振動
子２と３とからなる超音波伝搬路４を流れの方向（図中
に矢印で示す）に斜交して設け、かつ、流路１と超音波
伝搬路４との交叉部で、流路１内を流れる流体が乱れ、
渦が発生したり、淀み点が発生したりしないように、超
音波伝搬路４内に、くさび型の超音波透過部材５、６と
を設けていた(特開昭６３−２６５３７号公報参照）。

【０００３】このような構成で、上流側の振動子２から
流れの方向に超音波を発信し、この超音波を下流側の振
動子３で受信し、振動子２から３への超音波の伝搬時
間、Ｔdnを計測する。また、逆に下流側の振動子３から
流れに逆らって超音波を発信し、この超音波を上流側の
振動子２で受信し、振動子３から２への超音波の伝搬時
間、Ｔupを計測する。この２つの伝搬時間から流路１を
流れる流体の平均的な流速を演算し、あらかじめ解って
いる流路１の断面積、超音波伝搬路と流路との交叉角な
どから、流体の流量を検知していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波流量計では、バルク状のくさび型超音波透過
部材５、６を用いていたため、超音波振動子２、３から
送信された超音波は、バルク状の超音波透過部材５、６
の入射面で反射したり、あるいは、バルク状の超音波透
過部材５、６の入射面と出射面とが非対称であるため、
屈折したりし、また、バルク状の超音波透過部材５、６
の内部を超音波が伝搬する時に伝搬損失が発生するた
め、超音波の受信感度が低かったり、弱かったりし、伝
搬時間計測時に誤差となって、計測流量値に誤差が含ま
れ、誤動作することがあった。

【０００５】また、中空状のくさび型超音波透過部材
５、６を用いるため、入射時、出射時と、二重に通過す
るため、伝搬損失が大きくなるなどのため、誤差が大き
くなり、誤動作することがあった。また、送信された超
音波が、流路１内で、流路の壁などで反射を繰り返し、
いつまでも残響として残り、その残響波が受信子で受信
され、誤動作することもあった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、流体
の流れを乱さないで、また、超音波の受信感度が大きく
とれ、また、残響の少ない、高精度の流量計測ができる
超音波流量計を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の超音波流量計は、以下の構成とした。

【０００８】すなわち、流体の流れる流路と、前記流路
に斜交する超音波伝搬路と、前記流路と、前記超音波伝
搬路との交叉部に、超音波透過膜を備えてなる構成とし
た。

【０００９】また、流体の流れる流路と、前記流路に斜
交する導電性材料で形成された超音波伝搬路と、前記流
路と、前記超音波伝搬路との交叉部分に、導電性材料か
らなる超音波透過膜を備え、前記超音波伝搬路と、前記
超音波透過膜とを接地してなる構成とした。

【００１０】また、内面に超音波透過膜を備えた流体の
流れる流路と、前記流路に斜交する超音波伝搬路とから
なる構成とした。

【００１１】また、内面に超音波透過膜を備え、粗面状
の内壁を有する流体の流れる流路と、前記流路に斜交す
る超音波伝搬路とからなる構成とした。

【００１２】また、流体の流れる流路と、前記流路に斜
交する超音波伝搬路と、前記流路と、前記超音波伝搬路
との交叉部分に、第１のメッシュ状の超音波透過膜を備
え、かつ、前記流路内の超音波伝搬路の上流側および下
流側に、第２のメッシュ状の超音波透過膜を備えてなる
構成とした。

【００１３】

【作用】本発明は、流体が流れる流路と、超音波が伝搬
する超音波伝搬路との交叉部に、用いる超音波の波長の
十分の一以下の薄いメッシュ膜状の超音波透過膜を用い
ているため、超音波の透過率が大きく、また、メッシュ
膜状であるため、超音波が屈折することもないため、超
音波の受信感度が大きくとれる。また、交叉部にメッシ
ュ膜状の超音波透過膜を用いているため、交叉部の凹凸
による流体の流れの乱れもない。従って、高精度の流量
計測ができる超音波流量計を提供することができる。

【００１４】また、前記メッシュ状の超音波透過膜を導
電性材料で構成し、接地することにより、電気的なシー
ルド効果が得られ、送信側振動子が、発する電気的な雑
音が受信側振動子で受信されない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施例を基づく超音波流
量計７であり、流体の流れる流路８と、超音波振動子
２、３とが形成する超音波伝搬路９とは斜めに交叉して
いる。交叉角は約４５度とした。なお、図中の矢印は、
流体の流れる方向を示す。交叉部１０に、厚膜印刷に用
いるスクリーンメッシュ１１を、流路８に突起部が出な
いように形成した。流路８と超音波伝搬路９とは、とも
に内径を、２０ｍｍのアクリル樹脂とした。従って、交
叉部１０に取り付けたスクリーンメッシュ１１は、円筒
面状とした。また、用いた超音波振動子２、３の周波数
は、２５〜５００ｋＨｚであり、用いたスクリーンメッ
シュ１１は、＃８．６〜＃３５０であった。このような
構成の超音波流量計において、超音波の伝搬特性を評価
したところ、メッシュ１１を構成する線径が、用いる超
音波の波長程度であると、大きく影響し、伝搬損失がや
や大きかったが、線径が超音波の波長の（１／３）以下
であると、超音波の透過率は、８０％以上となった。

【００１７】なお、スクリーンメッシュの空間率（単位
面積あたりのは光の透過面積）は、メッシュ番号にかか
わらず、ほぼ一定値を示し、約４０％であった。超音波
の透過率が、８０％以上と大きくなったのは、スクリー
ンメッシュの厚さが、超音波の波長に比べ非常に薄いた
め、超音波が浸みだすために、超音波の透過率が、光の
それよりも大きくなったと考えられる。また、流路への
影響を、流路内部に煙を導入し、目視で評価したとこ
ろ、メッシュに用いる線径が流路径の（１／２００）以
下であれば、即ち、線径が、０．１ｍｍ以下であれば、
流体中に渦の発生や、淀み点の発生など、流れへの影響
は、ほとんど認められなかった。なお、スクリーンメッ
シュの材料は、ナイロンと、ＳＵＳとを用いたが、その
差は認められなかった。この種の目的には、耐湿性、耐
久性などの面から、ＳＵＳのほうが、適しているものと
考えられる。

【００１８】このように、流路径の約１／２００以下の
線径の円筒状のメッシュ１１を、流路８と超音波伝搬路
９との交叉部１０に形成することにより、流路８を流れ
る流体には、交叉部１０による渦や、淀み点がなく、滑
らかな流れを与える。また、超音波の波長の１／３以下
の線径のメッシュを用いることにより、反射も少なく、
良好な超音波透過特性を与える。従って、高精度な超音
波流量計が得られる。

【００１９】なお、前記の説明において、流路８を円管
状としたが、矩形状であっても、本発明とその効果は得
られるものである。なお、矩形流路の方が、超音波透過
膜としてのメッシュ膜の設置は、より容易に達成でき
る。

【００２０】次に、電気的雑音のより少ない超音波流量
計を説明する。図１において、超音波伝搬路９を形成す
る外装部１２を金属などの導電性材料で構成するととも
に、交叉部１０に設けたメッシュ１１をＳＵＳなどの導
電性材料で構成し、ともに接地することにより超音波振
動子が電気的シールドボックス内に収納されることにな
り、電気的雑音が大幅に低減した。即ち、超音波振動子
の送信側は、通常の場合高電圧、高周波のパルスで駆動
される。従って、受信側に電磁波としての電気的雑音が
入りやすく、計測回路が複雑になるなど、微少な流量を
高精度に計測できる流量計は実現が困難であった。しか
し、本発明のように、超音波振動子を電気的シールドボ
ックス内に収納する構成をとることにより、低雑音が実
現可能となり高精度な超音波流量計が実現できる。

【００２１】図２は、本発明の第２の実施例による超音
波流量計１３を示す。円筒状のメッシュ１４を、流路８
と超音波伝搬路９との交叉部１０を含む流路８内、全面
にわたって挿入した。図１の１１に示したように、流路
８内に突起が出ないように注意する必要もなく、ただ単
に円筒状のメッシュ１４を挿入するだけでよく、位置合
わせの必要もなく、簡単に超音波透過膜を構成すること
ができた。なお、この場合も、円筒状のメッシュ１４を
導電性材料で構成し、図中Ｅで示すように接地すること
で電気的シールド効果が得られる。また、流路が矩形で
あれば、平面状の超音波透過膜としてのメッシュ状膜
を、挿入するだけ良い。従って、簡単に構成できる。

【００２２】図３は、本発明の第３の実施例による超音
波流量計１５を示す。なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）
のＭ（丸印）の部分拡大図を示す。この実施例の構成
は、図２と同様であるが、流路８の内壁面１６を、用い
る超音波の波長程度の面粗さとなるよう、サンドブラス
トで粗した。この構成にすると、超音波振動子２または
３から送信された超音波は、円筒状のメッシュ１４を透
過し、流路８の内壁面１６で反射するが、内壁面が波長
程度の粗面であるため、効率よく散乱され、内壁面で反
射する超音波は大幅に減衰する。したがって流路内に滞
在する残響波は、非常に小さいものになり、超音波振動
子３または２で受信される残響波は、受信感度は非常に
小さい。従って、残響波の少ない、高精度な超音波流量
計が構成できる。

【００２３】なお、内壁面の面粗さの、流路８を流れる
流体への影響は、前面に円筒状のメッシュ膜１４がある
ため全く無い。なお、内壁面１６を粗すかわりに、フェ
ルトなどの吸音材で覆っても同様の効果が得られる。

【００２４】図４は、本発明の第４の実施例による超音
波流量計を示す。この実施例の構成は、図１と同様であ
るが、流路８内の、流路８と超音波伝搬路９との交叉部
１０の上流側および下流側に、超音波透過膜１１として
設けたメッシュ膜よりも、より細かい第２のメッシュ膜
１７を設置した。すなわち、交叉部１０に例えば超音波
透過膜１１として、＃２５０メッシュを用いたとする
と、第２のメッシュ１７として＃３５０メッシュを用い
る。この構成により、第２のメッシュが、防塵、防滴の
機能を果たし、超音波透過膜１１の耐久性が大幅に向上
する。即ち、第２のメッシュ１７を透過した、塵芥など
は、より粗いメッシュで構成される第１のメッシュ１１
に捕らえられることなく流出するためである。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
流量計測装置によれば次の効果が得られる。

【００２６】（１）流体の流れる流路と、前記流路に斜
交する超音波伝搬路と、前記流路と、前記超音波伝搬路
との交叉部に、厚さの薄い超音波透過膜を備えた構成な
ので、流路を流れる流体には、交叉部の凹凸による流れ
の乱れがなくなる。また、超音波の透過特性もよいの
で、高精度な超音波流量計が得られる。

【００２７】（２）流体の流れる流路と、前記流路に斜
交する導電性材料で形成された超音波伝搬路と、前記流
路と、前記超音波伝搬路との交叉部分に、導電性材料か
らなる超音波透過膜を備え、前記超音波伝搬路と、前記
超音波透過膜とを接地してなる構成なので、電気的なシ
ールド効果が得られ、電磁波雑音に強くなり、高精度な
超音波流量計が得られる。

【００２８】（３）内面に超音波透過膜を備えた流体の
流れる流路と、前記流路に斜交する超音波伝搬路とから
なる構成なので、簡単に設置することができる。また、
流体は内面に設けられた超音波透過膜に沿って流れるた
め、流路と超音波伝搬路との交叉部の凹凸よる乱れもな
く流れる。また、超音波は内面に設けられた超音波透過
膜を効率よく透過するため、高精度な超音波流量計が得
られる。

【００２９】（４）内面に超音波透過膜を備え、粗面状
の内壁を有する流体の流れる流路と、前記流路に斜交す
る超音波伝搬路とからなる構成なので、振動子から送信
された超音波は、流路内面の超音波透過膜を透過し、流
路内壁面で反射するが、その際内壁面が、粗面状である
ため、効率よく散乱される。また、流路を流れる流体
は、流路内面に設けられた超音波透過膜に沿って流れる
ため、流路と超音波伝搬路との交叉部の凹凸よる乱れも
なく流れる。従って、高精度な超音波流量計が得られ
る。

【００３０】（５）流体の流れる流路と、前記流路に斜
交する超音波伝搬路と、前記流路と、前記超音波伝搬路
との交叉部分に、第１のメッシュ状の超音波透過膜を備
え、かつ、前記流路内の超音波伝搬路の上流側および下
流側に、第１のメッシュよりも、より細かい第２のメッ
シュ状の超音波透過膜を備えた構成なので、流体中に浮
遊する塵芥、水滴などがあっても、流路内に設けられ
た、細かいメッシュからなる第２のメッシュで除去され
る。また、第２のメッシュを通過した、流体中に浮遊す
る塵芥、水滴などは、より目の粗い第１のメッシュで、
捕獲されることがない。

【００３１】従って、超音波透過膜として作用する第１
のメッシュの耐塵芥性、防滴性などの耐久性に優れたも
のとなり、高精度な超音波流量計が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の超音波流量計の断面図

【図２】本発明の第２の実施例の超音波流量計の断面図

【図３】（ａ）本発明の第３の実施例の超音波流量計の
断面図 （ｂ）上記図（ａ）のＭ部分の拡大図

【図４】本発明の第４の実施例の超音波流量計の断面図

【図５】従来の超音波流量計の断面図

【符号の説明】

２、３ 超音波振動子 ８ 流路 ９ 超音波伝搬路 １１ 超音波透過膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の流れる流路と、前記流路に斜交する
   超音波伝搬路と、前記流路と、前記超音波伝搬路との交
   叉部に超音波透過膜を備えてなる超音波流量計。
2. 【請求項２】流体の流れる流路と、前記流路に斜交し導
   電性材料で形成された超音波伝搬路と、前記流路と前記
   超音波伝搬路との交叉部分に、導電性材料からなる超音
   波透過膜を備え、前記超音波伝搬路と前記超音波透過膜
   とを接地してなる超音波流量計。
3. 【請求項３】内面に超音波透過膜を備えた流体の流れる
   流路と、前記流路に斜交する超音波伝搬路とからなる超
   音波流量計。
4. 【請求項４】内面に超音波透過膜を備え粗面状の内壁を
   有する流体の流れる流路と、前記流路に斜交する超音波
   伝搬路とからなる超音波流量計。
5. 【請求項５】流体の流れる流路と、前記流路に斜交する
   超音波伝搬路と、前記流路と、前記超音波伝搬路との交
   叉部分に第１のメッシュ状の超音波透過膜を備え、前記
   流路内の超音波伝搬路の上流側および下流側に前記第１
   のメッシュよりもより細かい第２のメッシュ状の超音波
   透過膜を備えてなる超音波流量計。