JPS58812Y2 - 超音波流量計発信器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は流路に対し斜めに超音波を送波し、その送波
された超音波を受波して流路を流れる流体の流量を測定
する超音波流量計発信器に関する。

流量測定の一つの方式に超音波を流路に斜めに放射させ
、その対向側においてこの超音波を受波し、例えばその
音波伝播時間を計測して流量を測定する超音波流量計が
ある。

このような流量計においては先にも説明した如く流路を
構成する管に対し超音波送受波器を斜めに取付けなけれ
ばならないため種々の不都合が発生する。

第１図は従来の超音波送受波器の取付構造を示す。

従来はこの第１図に示すように被測定管１の壁面に斜め
に送受波器収納管２−２を取付け、この収納管２−２内
に超音波振動子３−３と腐蝕防止のための例えば金属柱
或いはプラスチックより戒る柱状体にて構成される介在
物４−４とを収納し、これら振動子３と介在物４とによ
り超音波送受波器５が構成され、超音波送受波器５−５
が被測定管１の管軸に対し斜めに対向して配置され超音
波を送受波するようにして超音波流量計発信器を構成し
ている。

このように構成することによって振動子３−３の送受波
面と介在物４−４との接合面及び介在物４−４と被測定
流体との接合面を超音波の放射軸に対し垂直に交叉させ
ることができ、超音波がこれらの接合面において屈折し
ないようにし、従って屈折が存在することにより温度変
化に伴なって屈折率が変化し、これにより音波伝播路長
が変わり測定誤差が発生するような不都合を回避するよ
うにしている。

然し乍らこの第１図の取付構造によれば介在物４−４の
端面を送受波器収納管２−２内に位置させ流路に突出し
ないようにして流れに乱を発生させないようしているが
、反対に流路に対し介在物４４の端面に達する深さの穴
が形成される。

この穴の存在によって乱流が発生し、このために圧力損
失が発生したり、また流速分布が乱れるので誤差の原因
となる。

更に流速が大きい場合にはキャビティションを生じ、超
音波伝播のさまたげとなる。

等の不都合が発生する。この不都合を解消するために第
２図に示すような取付構造が一般に用いられている。

第２図に示す構造では介在物４−４の接液面を被測定管
１の内壁面と同一面となるように斜めに延長形威し、第
１図で説明したような不都合を回避するようにしている
。

ところがこの第２図に示す構造によれば、介在物４−４
の接液面は管１の内壁面と同一面となるため、乱流の発
生はないものの、介在物４４の接液面と送受波器３−３
の放射軸及び受波軸は斜めに交叉し、よってこの部分で
音波の屈折が発生する。

この屈折率は被測定流体中の音速と介在物の音速の比に
なるので温度変化によりこれらの音速が変化すると屈折
率が変化し、音波伝播路長が変化してしまい測定誤差が
発生する欠点がある。

このように何れにしても従来の送受波器の取付構造によ
れば種々の不都合が発生し、精度の高い測定ができる流
速の範囲と温度範囲とが限られてしまう欠点があった。

また送受波器を被測定管１の外壁上に取付け、被測定管
１の壁部を介して送受波することも行なわれるが、この
ように構成した場合も超音波が被測定管の外壁と送受波
器との接合面及び内壁と被測定流体との接合面等で屈折
が生じ、この結果上述したような理由により精度の高い
測定が行ない難い欠点がある。

この考案の目的は被測定流体の流速が速くとも流体に乱
れが発生したり或いはキャビティションが発生すること
がなく、よって流速が速くとも正確な測定が行なえ、ま
た音波の屈折部分がなく、よって温度変化があっても、
音波の伝播路長の変化がないため温度変化による測定誤
差が発生しない超音波流量計発信器を提供するにある。

この考案では被測定管に斜めに送受波器収納管を取付、
この収納管内に円柱状超音波送受波器５を装着する。

円柱状超音波送受波器５の端面ば被測定管の内壁面から
斜めに突出される。

突出された端面の一部は被測定管の内壁面に接触し、内
壁面から突出された部分の側面には流れに沿う方向に整
流部を設け、この整流部により流れに乱れ或いはキャビ
ティションが発生しないようにしたものである。

以下にこの考案の一実施例を図面について詳細に説明す
る。

第３図にこの考案の一実施例を示す。

図中１は被測定管を示し、２−２はこの被測定管１に斜
めに取付けられた送受波器収納管を示す。

送受波器収納管２−２内に円柱状超音波送受波器５が装
着され全体で超音波流量計発信器が構成される。

円柱状超音波送受波器５は超音波振動子３とその音波放
射面側に被着した介在物４とにより構成される。

介在物４は金属又はプラスチック等が用いられ腐蝕防止
のために設けられる。

この考案においてはこの介在物４を円柱状に形成し、そ
の一端面を被測定管１の内壁面より斜めに流路側に突出
させる。

突出された介在物４の端面の最も内壁面に近い部分は被
測定管１の内壁面に頂度接触するようにし、従って他の
部分は流路内に突出する。

この突出した部分の側面には流れに沿う方向に整流部６
を取付ける。

この整流部６はいわゆる流線形に形成され介在物４の突
出部分によって流体の流れに乱れやキャビティションが
発生しないように流れを整流する作用を行なわせる。

従って介在物４の流路内に突出した側面が露出した側に
整流部６が取付けられる。

よって上流側に側面が露出する介在物４には整流部６は
上流側に取付けられ、下流側に側面が露出する介在物４
には下流側に整流部６を取付ける。

このように介在物４の端面を流路内に突出させその突出
した介在物４の周面に整流部６を取付けることにより流
体の流速が速くなっても流れに乱れやキャビティション
及び圧力損失による影響を最小限に保つことができるた
め流速が速い領域でも誤差の少ない測定ができる。

然も介在物４の突出端面ば超音波振動子３の音波放射面
と平行な状態にすることができるから送波器と受渡器と
の間で音波が屈折する部分がなく、よって温度変化によ
って音波の伝播路長が変わってしまうような不都合が起
きることもなく精度の高い測定を行なうことができる。

一方この考案によれば更に次のような新たな作用効果が
得られる。

つまり介在物４は液体より密度が高い材質が用いられる
のが普通である。

このため介在物４内の音速は流体内の音速より充分速い
。

このため介在物４内を伝播している時間を充分小さくす
ることができ、然も介在物４の一部は流路内に突出して
いるため、振動子３の音波放射面を実質的に被測定管１
の内壁面の位置に取付けたのと同一の条件にすることが
できる。

よって介在物４内を伝播する時間に相当する遅れに伴な
う補正を行なうことなく測定を行なうことができる。

その理由を更に詳細に説明するならば、今一方の振動子
３から超音波を放射し、その音波が他方の送受波器５を
構成する振動子３に受波されるまでの時間をＴ１、逆に
他方の振動子３から一方の振動子３に音波が伝播する時
間をＴ２、被測定管１の内径をＤ、流体の流速を■、振
動子３−３を結ぶ線と被測定管１の管軸とのなす角度を
θ、流体中の音速をＣ１音波が介在物４−４を伝播する
時間をτとすると、時間Ｔ１とＴ２は となり、伝播時間Ｔ１．Ｔ２の逆数、つまり周波数の差
を求めることにより容易に流速■を得ることができる。

然し乍ら従来はτ−０にすることはできないため第４式
によって流速■を求めなければならず、その演算が面倒
であるだけでなく、演算回路を通すことによる誤差も発
生し、精度の低下をよぎなくされている。

これに対し、この考案によれば介在物４−４が流路に突
出している。

よって被測定管１の内径りはその突出骨を差し引いた値
ｄとすることができとなる。

よって第５式の右辺と、第６式の右辺とが等しくなるよ
うに介在物４−４の直径（この直径により実効内径ｄが
決まる）と、厚み及び材質（音速を決める）を選定すれ
ば遅延時間τによる影響をゼロにすることができ、実質
的に第５式によって流速Ｖを求めることができる。

以上説明したようにこの考案によれば流体の乱れ或いは
キャビティション等による誤差及び温度変化による音波
伝播長の変化による誤差更には介在物４−４における遅
延時間τの存在による誤差を除去できる。

結局精度の高い超音波流量計発信器を提供でき、その効
果は実用する上で頗る大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の超音波流量計発信器の構造を
説明するための断面図、第３図はこの考案の一実施例を
示す断面図である。 １：被測定管、２：送受波器収納管、３：超音波振動子
、４：介在物、５：超音波送受波器、６：整流部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円柱状超音波送受波器が被測定管内に斜めに突出され、
   その突出端面は上記被測定管の内面と一部接触し、管内
   面より突出した上記円柱形超音波送受波器の側面に流れ
   方向に沿う整流部を接して設けて戒る超音波流量計発信
   器。