JPH0943015A

JPH0943015A - 超音波式流量計

Info

Publication number: JPH0943015A
Application number: JP7198567A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Nawa; 基之名和; Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Kenzo Ochi; 謙三黄地
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-08-03
Also published as: JP3528347B2

Abstract

(57)【要約】【目的】測定流路を複数に分割し、二次元性の向上に
より計測精度を向上する。【構成】流量測定部４を挟んで配置された第一の超音
波振動子１１と、第二の超音波振動子１２と、振動子の
信号を基に流量を算出する流量演算部１５とを備え、さ
らに流量測定部４を仕切板５により区切られた複数の流
路６を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波により流量の計
測を行う流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の計測装置として、図１３
に示すように、断面が矩形の流体流路１の一部に超音波
振動子２と３を対向する様に配置し、振動子２から発し
た超音波を振動子３で検出するまでの時間を計測し、こ
の時間から流体の速度を演算し、流量を算出するものが
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、矩形の断面形状により流路の速度分布をできるだけ
二次元的に形成して測定精度の向上を図っていたが、全
体寸法の制約がありアスペクト比（Ｗ０／Ｈ０）をあま
り大きくとることができないものであった。このため、
測定流路内の流れは必ずしも二次元的にならず、三次元
的な流れを生ずる可能性があった。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、測定
流路を複数層に分割することにより各層におけるアスペ
クト比を大きくすることにより、流れの二次元性を確実
なものとし、これにより精度の良い流量計測を行うこと
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、仕切板により区切られた層状の流路よりな
る流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置された第
一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記超音波
振動子の信号を基に流量を算出する流量演算部より構成
したものである。

【０００６】また、層状の流路をほぼ均等の流路高さで
形成したものである。また、層状の流路により区分され
る超音波振動子分割面積が均等になるように流路高さを
形成したものである。

【０００７】また、仕切板により区切られた３層よりな
り、その中央の流路高さが他の２つの流路高さより大き
くなるよう形成された流量測定部と、前記流量測定部を
挟んで配置された第一の超音波振動子と第二の超音波振
動子と、前記超音波振動子の信号を基に流量を算出する
流量演算部より構成したものである。

【０００８】また、仕切板により区切られた層状の流量
測定部と、前記流量測定部を挟んで配置された矩形状の
第一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記超音
波振動子の信号を基に流量を算出する流量演算部より構
成したものである。

【０００９】また、仕切板により区切られた層状の流路
よりなる流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置さ
れた第一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記
流量測定部の上流側に配置された整流部と、前記超音波
振動子の信号を基に流量を算出する流量演算部より構成
したものである。

【００１０】また、仕切板により区切られた層状の流路
よりなる流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置さ
れた第一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記
流量測定部の上流側に配置された整流部と、下流側に配
置された緩衝部と、前記超音波振動子の信号を基に流量
を算出する流量演算部より構成したものである。

【００１１】また、仕切板により区切られた層状の流路
よりなる流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置さ
れた第一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記
流量測定部の上流、および下流に配置された上流室、下
流室と、前記超音波振動子の信号を基に流量を算出する
流量演算部より構成したものである。

【００１２】また、仕切板により区切られた層状の流量
測定部と、前記測定部の上流、および下流に配置された
上流室、下流室と、前記上流室、下流室にに配置された
第一の超音波振動子と、第二の超音波振動子と、前記超
音波振動子の信号を基に流量を算出する流量演算部より
構成したものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記した構成により、測定流路を複数
の層状流路構成にすることにより、各流路における流路
断面のアスペクト比を大きく取り、流れ状態の二次元性
を高め、精度の良い計測を行うことができる様にしたも
のである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図４を
参照しながら説明する。

【００１５】図１において、４は流量測定部であり、５
は仕切板、６は流路である。７は流量測定部４の上流に
設けられた上流側接続部、８は流量測定部４の下流に設
けられた下流側接続部である。９は上流側接続部７に接
続された入口部、１０は下流側接続部８に接続された出
口部である。

【００１６】図２において、１１は流量測定部４の一方
の側に配置された第一の超音波振動子であり、１２は流
量測定部４の他方の側に配置された第二の超音波振動子
である。１３は流路であり、１４、１５は流量測定部４
の側壁である。Ｗは流量測定部４の流路幅である。

【００１７】図３において、１６は流量測定部４の上部
壁、１７は流量測定部４の下部壁である。仕切板５は５
ａ、５ｂ、・・・５ｆより構成されている。また、流路
６は仕切板５ａ、５ｂ、・・・５ｆにより分割され、６
ａ、６ｂ、・・・６ｇにより構成されている。ｈ１、ｈ
２、・・・ｈ７は分割された流路６ａ、６ｂ、・・・６
ｇの流路高さである。この場合、流路高さｈ１、ｈ２、
・・・、ｈ７は均一の高さになる様に設定されている。

【００１８】図４において、１８は第一、および第二の
超音波振動子１１、および１２からの信号を受けて流量
演算を行う流量演算部である。１９はスタート信号発生
部、２０は送信部、２１は受信部である。２２は切換部
である。送信部２０はトリガ信号発生部２３、および発
振部２４から成立っている。受信部２１は受信信号の増
幅部２５、および基準値との比較部２６から成立ってい
る。２７は繰返し部であり、２８は計時部、２９は演算
部である。

【００１９】次に作動を述べる。流体は入口部９より流
入し、上流側接続部７を経た後、流量測定部４に入り、
その後下流側接続部８を経て、出口部１０より流出す
る。この場合、流量測定部４は複数の流路６ａ、６ｂ、
・・・６ｇに分割されているため、流れは７層に分かれ
る。この様に流路６を層状に構成することにより、本来
流路６の矩形断面におけるアスペクト比はＷ／６ｈであ
るが、Ｗ／ｈとなり大きくなるため、流れの二次元性を
より確実にすることができるものである。

【００２０】また、流量測定部４へ入る流れは上流側接
続部７を経るが、この部分は入口部９から流量測定部４
の流路６への流れをほぼ均一化する様に構成されてい
る。この様な状態でスタート信号発生部１９から信号が
入ると、トリガ信号発生部２３が働き、発振部２４によ
り信号が切換部２２に送られる。この切換部２２は、当
初は第一の超音波振動子１１に送信部２０が、第二の超
音波振動子１２に受信部２１が接続される様設定されて
いる。従って、上記トリガ信号により第一の超音波振動
子１１より超音波信号が流量測定部４内に発せられる。

【００２１】この信号は第２の超音波振動子１２により
受けられ、増幅部２５により増幅され、比較部２６にて
基準信号と比較される。この過程は繰返し部２７で設定
された回数だけ行われた後、計時部２８に信号を送る。
計時部２８では、トリガ信号発生からこのとき送られた
信号までの経過時間（Ｔ１）を計時する。

【００２２】一方向に対して、所定回数の繰返しが終了
すると、繰返し部２７により切換え部２２へ信号が送ら
れ、送信部２０を第２の超音波振動子１２に、受信部２
１を第１の超音波振動子１１に接続する。また、これと
同時に再度、トリガ信号発生部２３への駆動信号も送ら
れる。これにより、上記と同様の動作が流れと逆方向に
対して行われ、経過時間（Ｔ２）が計測される。この様
にして測定された経過時間Ｔ１、およびＴ２をもとに以
下の演算式により演算部２９にて流量が算出される。

【００２３】いま、図２に示すごとく、代表層における
流れと超音波伝搬経路とのなす角をθとし、また流量測
定部の長さをＬとすると、流速ｖが以下の式にて算出さ
れる。

【００２４】ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）（（１／Ｔ１）−
（１／Ｔ２））各層の流れが、ほぼ均一化されているとすると、どの層
においても上式の関係が成立するため、これにより求め
た流速ｖと流量測定部４の断面積ｓより、流量Ｑは下式
にて算出される。

【００２５】Ｑ＝ｋｖｓここで、ｋは流速ｖを断面積ｓにおける平均流速に変換
するための換算係数である。

【００２６】上記説明でＴ１およびＴ２の計測は繰返し
行ったが、精度の良い計測が行われる場合は一回でも良
い。この様な構成によれば、仕切板５の存在により、各
流路６における超音波は拡散することなく指向性を持つ
ことになり、効率よく受信されることになる。また、流
路高さｈ１、ｈ２、・・・、ｈ７を均一に設定すること
により、流路６をより作成し易くすることができる。

【００２７】次に第２の実施例について説明する。図５
において、３０は流量測定部であり、３１は上部壁、３
２は下部壁である。３３は仕切板であり、この場合は３
３ａ、３３ｂ、・・・３３ｄにより構成されている。３
４は流路であり、３４ａ、３４ｂ、・・・３４ｅにより
構成されている。その他は第１の実施例と同じゆえ省略
する。

【００２８】この場合、仕切板３３ａ、３３ｂ、・・・
３３ｄにより区画された第一の超音波振動子１１の面積
が、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｓ４＝Ｓ５となる様に仕切板３
３ａ、３３ｂ、・・・３３ｄの間隔、すなわちｉ１、ｉ
２、・・・ｉ５が設定されている。この設定は第二の超
音波振動子１２に対しても同様である。

【００２９】次に作動を述べる。計測動作については第
１の実施例と同じである。この場合、第一の超音波振動
子１１が区画されている面積は、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝Ｓ
４＝Ｓ５となっているため、各流路３４ａ、３４ｂ、・
・・３４ｅにおいて、超音波のパワーは均一化される。
したがって、各流路３４ａ、３４ｂ、・・・３４ｅにお
いて、パワーが均一に伝達され、効率よく信号が受信さ
れる。

【００３０】次に第３の実施例について説明する。図６
において、３５は流量測定部であり、３６は上部壁、３
７は下部壁である。３８は仕切板であり、この場合は３
８ａ、３８ｂにより構成されている。３９は流路であ
り、３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより構成されている。そ
の他は第１の実施例と同じゆえ省略する。

【００３１】この場合、仕切板３８ａ、３８ｂにより区
画された第一の超音波振動子１１の面積が、Ｓ１１＝Ｓ
３３＜Ｓ２２、となる様に仕切板３８ａ、３８ｂの間
隔、すなわちｊ１、ｊ２、ｊ３が設定されている。この
設定は第二の超音波振動子１２に対しても同様である。

【００３２】また、流路３９ａ、３９ｃは中心軸ｍに関
して対称になる様に設定されている。

【００３３】次に作動を述べる。計測動作については第
１の実施例と同じである。この場合、第一の超音波振動
子１１が区画されている面積は、Ｓ１１＝Ｓ３３＜Ｓ２
２、となっているため、流路３９ｂにおける超音波のパ
ワーが、流路３９ａ、３９ｃにおけるパワーより卓越す
る。したがって、Ｓ１１、Ｓ３３における受信信号に位
相のずれがあったとしてもＳ２２の受信信号に引き込ま
れて、全体の受信波形を乱すことが無い。

【００３４】次に第４の実施例について説明する。図７
において、４０は流量測定部であり、４１は上部壁、４
２は下部壁である。４３は仕切板であり、この場合は４
３ａ、４３ｂ、・・・４３ｆにより構成されている。４
４は流路であり、４４ａ、４４ｂ、・・・４４ｇにより
構成されている。４５は第一の矩形状超音波振動子であ
る。第二の矩形状振動子は図示しないが同様の構成であ
る。この場合、流路高さｋ１、ｋ２、・・・、ｋ７は均
一の高さになる様設定されている。

【００３５】次に作動を述べる。計測動作については第
１の実施例と同じである。この場合、第一の超音波振動
子４５は矩形状であり、その幅Ｗｓが一定であるため、
第一の超音波振動子４５が仕切板４３により区画されて
いる面積は、Ｓ１１１＝Ｓ２２２＝・・・＝Ｓ７７７、
となる。すなわち、流路高さと超音波振動子の区画面積
が比例関係になるため、それぞれの流路における流れ状
態を均一にすると共に超音波パワーの均一化も同時に図
ることができ、精度の良い受信状態を実現することがで
きる。

【００３６】次に第５の実施例について説明する。図８
において４６は整流部である。それ以外は第一の実施例
と同じゆえ、同一番号で示してある。

【００３７】次に作動を述べる。計測動作については第
１の実施例と同じである。この場合、整流部４６の存在
により流量測定部４における流れの均一性がより向上す
るため、計測精度の向上を図ることが出来る。

【００３８】次に第６の実施例について説明する。図９
において４７は整流部、４８は緩衝部である。それ以外
は第１の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。

【００３９】次に作動を述べる。計測動作については第
１の実施例と同じである。この場合、緩衝部４８の存在
により、流量測定部４の流れ状態に対する下流側からの
影響要因を排除することができ、計測精度の向上を図る
ことが出来る。

【００４０】次に第７の実施例について説明する。図１
０において４９は上流室、５０は下流室である。５１は
上流室４９に接続された入口部、５２は下流室５０に接
続された出口部である。それ以外は第１の実施例と同じ
ゆえ、同一番号で示してある。

【００４１】次に作動を述べる。計測動作については第
１の実施例と同じである。この場合、流量測定部４へ入
る流れは上流室４９を経るが、この室は入口部４９、お
よび流量測定部４の断面積より比較的大きく形成してあ
るため、流れは一旦上流室４９にて動圧成分が少なくな
り、流路６への流れは均一化される。

【００４２】また、流量測定部の上流、および下流に上
流室、下流室を配置することにより、流量測定部に対す
る上流、および下流からの影響を排除し、計測精度の向
上を図ることが出来る。

【００４３】次に第８の実施例について説明する。図１
２において５３は上流室、５４は下流室である。５４は
上流室に配置差された第一の超音波振動子、５５は下流
室に配置された第二の超音波振動子である。それ以外は
第７の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。

【００４４】次に作動を述べる。計測動作については第
一の実施例と同じである。この場合、第一の超音波振動
子５５が上流室５３に、第二の超音波振動子５６が下流
室５４に配置されているため、第７の実施例の様に流量
測定４に配置する場合よりも流量測定に及ぼす影響が少
ない。

【００４５】なお、本発明における信号処理は１チップ
マイコン等のマイクロコンピュータを用いて、ソフトウ
エア的に実現することも可能である。また、本発明にお
ける流量演算は流速測定を基にして行うものであるか
ら、本発明に記載した方法は、超音波流速計においても
適用できるものである。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば次の効果が
得られる。

【００４７】（１）測定流路を複数に分割し、各層にお
ける流路のアスヘ゜クト比を大きく設定して流れの二次元性を
向上することにより、精度良く流量を計測することがで
きる。

【００４８】（２）複数の流路をほぼ均等の流路高さで
形成することにより各流路における流れの均一化が計ら
れ、精度良くい流量を計測することができる。

【００４９】（３）複数の流路により区分される超音波
振動子分割面積が均等になるようにそれぞれの流路高さ
を形成することにより、各流路への超音波パワーを均一
に放出することができ、計測精度を向上することが出来
る。

【００５０】（４）流量測定部を３つの流路より構成
し、その中央部の流路高さを他の２つの流路高さより大
きくなるよう形成することにより、中央部の超音波パワ
ーが大きい部分の信号を卓越させ、他の流路における受
信信号に位相のずれがあったとしても中央部の受信信号
に引き込まれて、全体の受信波形を乱すことが無い。

【００５１】（５）超音波振動子の断面形状を矩形に形
成し、流路の高さ方向における超音波エネルギーの均一
化を図ることにより、複数に分割された各流路における
計測精度を向上することが出来る。

【００５２】（６）流量測定部の上流側に整流部を設け
て複数の流路における流れ状態の均一化を図ることによ
り、計測精度を向上することが出来る。

【００５３】（７）流量測定部の下流側に緩衝部を設け
て複数の流路における流れ状態に対する下流側からの影
響要因を排除することにより、計測精度を向上すること
が出来る。

【００５４】（８）流量測定部の上流、および下流に上
流室、下流室を配置することにより、流量測定部に対す
る上流、および下流からの影響を排除し、計測精度を向
上するることが出来る。

【００５５】（９）流量測定部の上流、および下流に上
流室、下流室を配置し、それぞれの室に第一の超音波振
動子と、第二の超音波振動子を配置し、流量測定部を複
数の流路にて構成することにより振動子の影響を受ける
ことなく計測ができるため、計測精度を向上することが
出来る。

【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垂直断
面図

【図２】同流量計における図１のＡ−Ａ’断面図

【図３】同流量計における図２のＢ−Ｂ’部分断面図

【図４】同流量計における制御ブロック図

【図５】本発明の第２の実施例の超音波流量計における
部分断面図

【図６】本発明の第３の実施例の超音波流量計における
部分断面図

【図７】本発明の第４の実施例の超音波流量計における
部分断面図

【図８】本発明の第５の実施例の超音波流量計の垂直断
面図

【図９】本発明の第６の実施例の超音波流量計の垂直断
面図

【図１０】本発明の第７の実施例の超音波流量計の垂直
断面図

【図１１】同流量計における図１０のＣ−Ｃ’断面図

【図１２】本発明の第８の実施例の超音波流量計におけ
る垂直断面図

【図１３】従来の超音波流量計の垂直断面図

【符号の説明】

４流量測定部５仕切板６流路１０第一の超音波振動子１１第二の超音波振動子１５流量演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仕切板により区切られた層状の流路よりな
る流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置された第
一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記超音波
振動子の信号を基に流量を算出する流量演算部からなる
超音波式流量計。
【請求項２】層状の流路がほぼ均等の流路高さで形成さ
れた請求項１記載の超音波式流量計。
【請求項３】層状の流路により区分される超音波振動子
分割面積が均等になるように流路高さを形成した請求項
１記載の超音波式流量計。
【請求項４】仕切板により区切られた３層よりなり、そ
の中央の流路高さが他の２つの流路高さより大きくなる
よう形成された流量測定部と、前記流量測定部を挟んで
配置された第一の超音波振動子と第二の超音波振動子
と、前記超音波振動子の信号を基に流量を算出する流量
演算部からなる超音波式流量計。
【請求項５】仕切板により区切られた層状の流量測定部
と、前記流量測定部を挟んで配置された矩形状の第一の
超音波振動子と、第二の超音波振動子と、前記超音波振
動子の信号を基に流量を算出する流量演算部とからなる
超音波式流量計。
【請求項６】仕切板により区切られた層状の流路よりな
る流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置された第
一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記流量測
定部の上流側に配置された整流部と、前記超音波振動子
の信号を基に流量を算出する流量演算部からなる超音波
式流量計。
【請求項７】仕切板により区切られた層状の流路よりな
る流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置された第
一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記流量測
定部の上流側に配置された整流部と、下流側に配置され
た緩衝部と、前記超音波振動子の信号を基に流量を算出
する流量演算部からなる超音波式流量計。
【請求項８】仕切板により区切られた層状の流路よりな
る流量測定部と、前記流量測定部を挟んで配置された第
一の超音波振動子と第二の超音波振動子と、前記流量測
定部の上流、および下流に配置された上流室、下流室
と、前記超音波振動子の信号を基に流量を算出する流量
演算部からなる超音波式流量計。
【請求項９】仕切板により区切られた層状の流量測定部
と、前記測定部の上流、および下流に配置された上流
室、下流室と、前記上流室、下流室に配置された第一の
超音波振動子と、第二の超音波振動子と、前記超音波振
動子の信号を基に流量を算出する流量演算部からなる超
音波式流量計。