KR100311555B1

KR100311555B1 - 초음파유량계

Info

Publication number: KR100311555B1
Application number: KR1019980710380A
Authority: KR
Inventors: 아키히사 아다치; 유지 나카바야시; 마사히코 하시모토; 도시하루 사토; 시게루 이와나가
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2002-04-24
Also published as: KR20000016771A; EP0913670B1; EP0913670A4; JPH10294923A; EP0913670A1; JP3556232B2; CN1134650C; CN1229469A; US6216544B1; WO1998048247A1; EP2045583A1; JP3175632B2

Abstract

초음파 유량계는 한 쌍의 초음파 진동자와, 한 쌍의 초음파 진동자 사이를 초음파가 전파하는 시간을 계측하는 계측부와, 계측부의 출력에 근거하여 유량 측정부를 흐르는 유체의 양을 계산하는 계산부를 구비하고 있다. 유량 측정부의 벽면에 의해서 반사되는 반사파가 측정 결과에 주는 영향이 감소되도록 유량 측정부와 한 쌍의 초음파 진동자가 구성되어 있다.

Description

초음파 유량계

종래, 이러한 종류의 초음파 유량계는 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 평8-233628호 공보가 공지되어 있고 도 27a 및 도 27b에 도시된 바와 같이 단면(4)이 직사각형 유로(1)의 일부에 초음파 진동자(2, 3)를 대향하도록 배치하고, 초음파 진동자(2)로부터 송신된 초음파를 초음파 진동자(3)로 수신하기까지의 전파 시간과, 초음파 진동자(3)로부터 송신된 초음파를 초음파 진동자(2)로 수신하기까지의 전파 시간의 차이로부터 유량 연산 수단(5)에서 유체의 속도를 산출함과 동시에 그 때의 유체의 레이놀드 수로부터 유로(1) 내의 유속 분포를 유추하고, 보정 계수를 구하여 유량을 연산하였다.

그렇지만, 종래의 초음파 유량계에서는 유로 내벽면에서 반사된 반사파와 반사되지 않고 전파되는 직접파의 전파 거리가 다르므로, 반사파와 직접파에 위상차가 생기며, 이 반사파와 직접파의 합성파를 수신파로서 관측하고 있으므로 반사파와 직접파의 위상차에 의해 수신파의 진폭이 증감하거나, 수신파의 주기가 변화하게 되어 측정 정밀도나 측정 가능한 유량 범위가 좁아진다고 하는 문제를 갖고 있었다.

본 발명은 초음파에 의해 유체의 유량 계측을 수행하는 초음파 유량계에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 구성도.

도 2는 동 유량계에 있어서의 a-a'선을 옆에서 본 단면도.

도 3은 동 유량계에 있어서의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 4a 및 도 4b는 유량 측정부 내에서의 초음파의 전파 경로 분포 계산 결과를 도시한 도면.

도 5a 및 도 5b는 초음파의 수신파의 계산 결과를 도시한 도면.

도 6은 동 유량계에 있어서의 상대 수신 전압을 도시한 특성도.

도 7은 동 유량계에 있어서의 수신 전압의 변화율을 도시한 특성도.

도 8은 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 초음파 유량계의 a-a'선을 옆에서 본 단면도.

도 9는 동 유량계에 있어서의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 10은 동 유량계에 있어서의 상대 수신 전압을 도시한 특성도.

도 11은 동 유량계에 있어서의 수신 전압의 변화율을 도시한 특성도.

도 12는 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 초음파 유량계의 a-a'선을 옆에서 본 단면도.

도 13은 동 유량계에 있어서의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 14는 본 발명의 제 4실시예에 있어서의 초음파 유량계의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 15는 본 발명의 제 5실시예에 있어서의 초음파 유량계의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 16은 본 발명의 제 6실시예에 있어서의 초음파 유량계의 상면도.

도 17은 동 유량계에 있어서의 c-c'선을 옆에서 본 단면도.

도 18은 동 유량계에 있어서의 d-d'선을 옆에서 본 단면도.

도 19는 본 발명의 제 7실시예에 있어서의 초음파 유량계의 a-a'선을 옆에서 본 단면도.

도 20은 동 유량계에 있어서의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 21은 본 발명의 제 8실시예에 있어서의 초음파 유량계의 a-a'선을 옆에서 본 단면도.

도 22는 동 유량계에 있어서의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 23은 본 발명의 제 9실시예에 있어서의 초음파 유량계의 a-a'선을 옆에서 본 단면도.

도 24는 동 유량계에 있어서의 b-b'선을 옆에서 본 단면도.

도 25는 본 발명의 제 10실시예에 있어서의 초음파 유량계를 위에서 본 단면도.

도 26은 본 발명의 제 11실시예에 있어서의 초음파 유량계의 배관에의 장착 상태를 도시한 국소 단면도.

도 27a 및 도 27b는 종래의 초음파 유량계의 구성도.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 또 도면 중에서 동일 부호를 붙인 것은 동일한 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.

<제 1 실시예>

도 1은 본 발명의 제 1실시예의 초음파 유량계의 구성도이다. 또한 도 2는 도 1의 유로(6)의 a-a'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 1에 있어서, 6은 유로이고, 7은 유량 측정부, 8, 9는 유로(6)의 측벽부이고, 10, 11은 측벽부(8, 9)에 장착된 초음파 진동자이다. 12는 초음파 진동자(10, 11)에 접속된 계측부이며, 13은 계측부(12)에 접속된 계산부이다. 도 2에 있어서, 14는 유로(6)의 하판부이며, 15는 측벽부(8, 9)에 접속된 상판부이다. 또한 유량 측정부(7)의 단면 형상은 직사각형이며, 폭은 W0, 높이는 H0이다.

이상과 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 제작 방법의 일례에 관해서 도 1, 도 2를 참조하여 설명한다. 유로(6)를 구성하는 측벽부(8, 9), 하판부(14), 상판부(15)에 사용하는 재료는 피측정 유체에 대하여 화학 변화를 일으키지 않는 재질을 사용한다. 본 실시예에서는 피측정 유체를 예를 들면 공기로 하였기 때문에,재질에는 ABS 수지를 선택하였다. 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 상판부(15)를 나사로 고정하여 직사각형 단면의 유량 측정부(7)를 구성한다. 또한 초음파 진동자(10, 11)는 송수신 파면이 서로 대향하도록 측벽부(8, 9)에 설치된 장착부(10a, 11a)에 밀봉재를 개재하여 고정한다.

이상과 같이 구성된 초음파 유량계에 관해서 그 동작을 설명한다. 초음파 진동자(10)와 초음파 진동자(11)의 중심을 연결하는 거리를 L로 하고, 이 직선과 흐름의 방향인 유량 측정부(7)의 긴방향과 이루는 각을 θ로 한다. 또한 피측정 유체인 공기의 무풍 상태에서의 음속을 C, 유량 측정부(7) 내에서의 공기의 유속을 V로 한다. 유로(6)의 상류측에 배치된 초음파 진동자(10)로부터 송신된 초음파는 유량 측정부(7)를 비스듬히 횡단하여 하류측에 배치된 초음파 진동자(11)로 수신한다. 이 때의 전파 시간(t1)은,

[수학식 1]

로 나타낸다. 다음에 송신·수신하는 초음파 진동자를 전환하여 초음파 진동자(11)로부터 초음파를 송신하고, 초음파 진동자(10)로 수신한다. 이 때의 전파 시간 (t2)은,

[수학식 2]

로 나타내어진다. t1과 t2의 식으로부터 공기의 음속(C)을 소거하면,

[수학식 3]

의 식이 얻어진다. L과 θ가 기지이면, 계측부(12)에서 t1과 t2를 측정하면 유속(V)을 구할 수 있다.

이 유속(V)으로부터 유량(Q)은 유량 측정부(7)의 단면 면적을 S, 보정 계수를 K로 하면, 계산부(13)에서,

Q = KSV

를 연산하여 유량을 구할 수 있다.

이상과 같은 동작 원리로 유량을 계측하는 초음파 유량계의 유량 측정부(7)에서의 초음파의 전파에 관해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 1의 유로(6)의 b-b'선을 옆에서 본 단면도이다.

초음파 진동자(10)에는 지향성이 있기 때문에 송신된 초음파는 일반적으로 넓어지면서 유량 측정부(7)를 전파한다. 이 때문에 초음파 진동자(11)로 수신되는 초음파는 예를 들면 유량 측정부(7) 내의 전파 경로(17)를 따라 전파하는 직접파와, 전파 경로(18)와 같이 상판부(15)의 내벽면에서 1회 반사하여 수신되는 반사파가 존재한다. 여기서, 전파 경로(17, 18)는 대표적인 전파 경로이고, 상기 경로(17) 이외의 직접파나 전파 경로(18) 이외의 반사파도 존재하며, 예를 들면, 하판부(14)에서 반사되어 전파하는 반사파나 반사 회수도 1회 뿐만 아니라 2회 이상 반사하여 수신되는 반사파도 존재한다. 이 결과 초음파 진동자(11)로 수신되는 수신파는 직접파와 반사파의 합성파로서 관측된다. 여기서, 직접파와 반사파는 전파 경로(17, 18)가 나타나도록 전파 거리차가 생긴다. 전파 경로(17)와 전파 경로(18)의 전파 거리차를로 하면,

[수학식 4]

로 나타낸다. 초음파 진동자의 파장()에서 대표 전파 경로(17, 18)의 전파 거리차를 전파 위상차()로 환산하면,

[수학식 5]

를 얻을 수 있다. 이와 같이 유량 측정부(7)의 내부를 전파하는 초음파에 전파 위상차가 존재하기 때문에, 모든 전파 경로를 전파하는 직접파와 반사파가 겹쳐 있는 수신파는 전파 위상차에 의한 간섭의 영향을 받는다고 생각된다.

그래서 직접파에 대한 반사파의 영향을 추정하기 위해서, 직접파와 반사파의 전파 경로 분포 및 각각의 파형을 계산한다. 본 계산에서는 초음파 진동자(10, 11)의 방사면 형상을 정사각형(일정), 초음파 진동자(10, 11)의 거리를 L, 유량 측정부(7)는 무한히 넓은 2장의 평행 평판으로 이루어진 것으로 가정한다. 또한 피측정유체의 흐름은 없는 것으로 한다.

전파 경로(17, 18)의 전파 위상차가 예를 들면, 0.7π 내지 2.2π가 되도록 높이(H0)를 바꾼 경우의 초음파 진동자(10)로부터 송신되어 초음파 진동자(11)로 수신되는 초음파의 전파 경로 분포를 구한 계산 결과를 도 4a 및 도 4b에 도시한다. 직접파를 실선, 1회 반사의 반사파를 파선, 2회 반사의 반사파를 1점 쇄선으로 한다. 도4a 및 도 4b의 횡축은 각각의 전파 경로의 전파 거리, 종축은 상대적인 경로별 강도를 나타내고 있다.

직접파의 전파 경로 분포는 초음파 진동자(10, 11)의 형상이 일정하기 때문에 변화가 보이지 않지만, 1회 반사파의 전파 경로 분포는 직접파로부터 넓힌 후에, 전파 위상차가 큰 쪽이 넓은 경향을 나타내고 있다. 2회 반사의 반사파의 전파 경로 분포는 1회 반사보다도 더욱 넓다. 또한 직접파의 경로별 강도가 가장 커지는 거리는 전파 경로(17)의 거리와 거의 같고, 1회 반사의 반사파의 경로별 강도가 가장 크게 되는 거리도 전파 경로(18)의 거리와 거의 같다.

다음에 도 4a 및 도 4b의 계산 결과에, 초음파 진동자(10, 11)의 펄스 응답 특성을 추가하여 계산한 수신 파형을 도 5a 및 도 5b에 도시한다. 단지 초음파 진동자(10, 11)의 주파수는 270 kHz로 하고, 직접파를 실선, 1회 반사의 반사파를 파선, 2회 반사의 반사파를 1점 쇄선으로 한다. 전파 위상차가 큰 쪽이 1회 반사의 반사파의 진폭은 작다. 또한 2회 반사의 반사파는 1회 반사의 반사파보다 더욱 작다. 이것은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 대표 전파 경로(17, 18)의 전파 위상차가 클수록 전파 경로 분포가 넓고 또한 경사가 완만하기 때문에, 모든 전파 경로에 관해서 생각하면 전파 위상차가 광범위하게 존재하여, 반사파 끼리의 간섭에 의해 상쇄된다.

또한 도 5a 및 도 5b에 있어서, 전파 위상차가 큰 쪽이 직접파에 대한 반사파의 상승 시간이 느려지는 경향을 보인다.

이상의 계산 결과로부터. 반사파의 전파 경로 분포가 넓게되도록 높이(H0)를 설정하면, 혹은 전파 경로(17, 18)의 전파 위상차가 커지도록 높이(H0)를 설정하면, 직접파에의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한 초음파 진동자의 방사면을 높이(H0)보다 작게 하면, 직접파에 대한 반사파의 영항을 더욱 감소시킬 수 있다.

직접파에 대한 반사파의 영향을 확인하기 위해서, 초음파 진동자(10, 11)의 거리를 L, 초음파 진동자(10, 11)의 유효 방사면을 정사각형, 폭을 W0(일정)으로 하고, 높이(H0)는 전파 경로(17, 18)의 전파 위상차가 0.7π 내지 2.2π가 되도록 설정하고, 공기를 사용하여 수행한 실혐 결과를 도 6, 도 7에 도시한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 주파수는 270 kHz로 한다.

도 6, 도 7의 횡축은 수학식 5을 사용하여 구한 직접파의 전파 경로(17)와 반사파의 전파 경로(18)의 전파 위상차이다. 또한, λ는 초음파 진동자(10, 11)의 흐름이 없는 실온에서의 파장으로 한다. 도 6의 종축은 초음파 진동자(10, 11)를 개방 공간에 배치하여 측정한 수신 전압에 대한 유로(6)에 배치하여 측정한 수신 전압의 상대 수신 전압이다. 단지 흐름은 없는 것으로 한다. 또한 도 7의 종축은 흐름이 없음에서의 수신 전압에 대한 6000 리터/시간 정도 흘려서 얻어진 수신 전압의 변화율이다.

흐름이 없음에서의 수신 전압은 도 6으로부터 전파 위상차가 π 내지 11.4π 정도일 때, 가장 작아지는 경향이 보인다. 흐름에 의한 수신 전압의 변화율은 도 7로부터 전파 위상차가 0.8π 내지 1.2π 정도인 경우, 초음파 진동자(10)로 송신, 초음파 진동자(11)로 수신에서의 조합은 수신 전압이 가장 감소하고, 반대로 초음파 진동자(11)로 송신, 초음파 진동자(10)로 수신에서의 조합은 수신 전압이 가장 증가한다. 이와 같이 수신 전압이 증가하는 현상은 직접파와 반사파의 겹침에 있어서 위상적인 영향이 없으면 일어나지 않는다.

전파 위상차가 3π/ 2이상에서는 초음파 진동자(10)로 송신, 초음파 진동자(11)로 수신에서의 조합도, 초음파 진동자(11)로 송신, 초음파 진동자(10)로 수신에서의 조합도, 양조합과 함께 수신 전압이 감소하는 경향이 보인다. 이것은 흐름에 의해 초음파 진동자(10), 초음파 진동자(11)의 지향성이 편향되었기 때문이라고 생각된다.

이상의 결과에서, 직접파의 전파 경로(17)와 반사파의 전파 경로(18)의 전파 위상차가 0.8π 내지 1.4π 정도가 되는 높이(H0)에서는 반사파의 영향이 크기 때문에 넓은 측정 범위에서의 고정밀도의 유량 계측이 곤란하다. 반대로 전파 위상차가 약 3π/ 2 이상이 되도록 초음파 진동자(10, 11)의 주파수, 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L), 높이(H0)의 조합을 설정하면 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어 넓은 측정 범위에서의 고정밀도의 유량 계측이 가능해진다. 또한 거리(L), 높이(H0)를 일정하게 하면, 초음파 진동자(10, 11)의 주파수를 높게 설정하는 것이 전파 위상차를 크게 할 수 있기 때문에, 더욱 고정밀도의 유량 계측이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 직접파와 반사파의 전파 위상차가 측정 결과에 영향을 주도록 한 초음파 유량계에 있어서, 전파 경로(17)와 전파 경로(18)의 전파 위상차가 3π/ 2 이상이 되도록 유량 측정부(7)의 높이(H0), 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L), 주파수의 조합을 선택함으로써 간이한 구성으로 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 피측정 유체의 유량을 단시간에 광범위하게 고정밀도로 측정할 수가 있다. 또한 유량 측정부(7)에 오목부나 볼록부를 설치하지 않기 때문에, 흐름을 어지럽히거나, 압력 손실을 증가시키는 것이 적다.

또, 제 1 실시예에서는 전파 경로(17, 18)의 전파 위상차가 0.7π 내지 2.2π로 되는 높이(H0)를 선택하였지만, 전파 경로(17, 18)의 전파 위상차가 2.2π 이상으로 되는 높이(H0)를 선택하더라도 상관없고, 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L)나 주파수를 선택하더라도 상관없다.

<제 2 실시예>

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 관해서, 도 8, 도 9를 참조하면서 설명한다.

도8는 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 a-a'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 9는 유로(6)의 b-b'선을 옆에서 단면도이다. 도 8에 있어서, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이고, 이상은 도 2의 구성과 같은 것이다. 도 9에 있어서 10, 11은 초음파 진동자이고 이상은 도 3의 구성과 같은 것이다. 상기한 바와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 제작 방법, 동작 원리는 제 1 실시예과 같으므로 생략한다.

압력 손실을 적게 하기 위해서 일반적으로 유량 측정부(7)의 단면적은 피측정 유체를 제공하는 배관의 내경과 같은 정도로 하고, 유속 분포의 관점에서 높이(H1)와 폭(W1)의 애스펙트비(W1/H1: aspect ratio)를 크게 하고 싶은 경우가 있다. 이러한 경우, 전파 경로(19)와 전파 경로(20)의 상기 위상차가 3π/ 2 이상이 되도록 한 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L), 높이(H1), 주파수의 조합을 선택할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 애스펙트비를 크게 하면서, 반사파의 영향을 감소시킬 수 있는 수단에 관해서 생각한다.

직접파에 대한 반사파의 영향을 확인하기 위해서, 제 1 실시예과 같이 초음파 진동자(10, 11)의 거리를 L, 초음파 진동자(10, 11)의 유효 방사면을 정사각형, 폭을 W1(일정)으로 하고, 높이(H1)는 전파 경로(19, 20)의 전파 위상차가 0.05π 내지 0.7π가 되도록 설정하여 공기를 사용하여 행한 실험 결과를 도 10, 도 11에 도시한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 주파수는 270 kHz로 한다.

도 10, 도 11의 횡축은 수학식 5를 사용하여 구한 직접파의 전파 경로(19)와 반대파의 전파 경로(20)의 전파 위상차이다. 또 λ는 초음파 진동자(10, 11)의 흐름이 없는 실온에서의 파장으로 한다. 도 10의 종축은 초음파 진동자(10, 11)를 개방 공간에 배치하여 측정한 수신 전압에 대한 유로(6)에 배치하여 측정한 수신 전압의 상대 수신 전압이다. 단지 흐름은 없는 것으로 한다. 또한 도 11의 세로축은 흐름이 없음에서의 수신 전압에 대한 6000 리터/시간 정도 흘려서 얻어진 수신 전압의 변화율이다.

도 10에서는 전파 위상차가 작아지면 수신 전압은 작아지게 된다. 이것은 초음파 진동자(10, 11)의 유효 방사면을 일정하게 하였기 때문에, 높이(H1)를 낮게함으로써, 하판부(14), 상판부(15)에서 초음파 진동자(10, 11)의 일부분이 차단되기 때문이라고 생각된다.

도 11에서는 전파 위상차가 0.2π 이상에서는 초음파 진동자(10)로 송신, 초음파 진동자(11)로 수신에서의 조합과 초음파 진동자(11)로 송신, 초음파 진동자(10)로 수신에서의 조합의 변화율에 차이가 나타난다. 이것에 대하여 전파 위상차가 0.2π 이하에서는 초음파 진동자(10)로 송신, 초음파 진동자(11)로 수신에서의 조합과 초음파 진동자(11)로 송신, 초음파 진동자(10)로 수신에서의 조합의 변화율이 거의 같게 되어 있다. 이와 같이 변화율이 같아지는 것은 흐름에 의해 초음파의 전파 속도가 빠르게 되는 방향이든 느리게 되는 방향이든지 직접파에 대한 반사파에 겹침에 위상적인 영향이 없는 것을 의미하며, 직접파에 대한 반사파의 영향을 감소시킬 수 있다고 생각된다.

이상의 결과에서, 전파 경로(19)와 전파 경로(20)의 전반 위상차를 약 0.2π 이하로 되도록 초음파 진동자(10, 11)의 주파수, 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L), 높이(H1)의 조합을 설정하면 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어 넓은 측정 범위 에서의 고정밀도의 유량 계측이 가능해진다. 또한 거리(L), 높이(H1)를 일정하게 하면, 초음파 진동자(10, 11)의 주파수를 낮게 설정하는 것이 전파 위상차를 작게 할 수 있으므로, 더욱 고정밀도의 유량 계측이 가능해진다.

또, 제 2 실시예에서는 전파 경로(19, 20)의 전파 위상차가 0.05π 내지 0.7π가되는 높이(H1)를 선택하였지만, 전파 경로(19, 20)의 전파 위상차가 0.05π 이하가되는 높이(H1)를 선택하여도 관계없고, 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L)나 주파수를 선택하여도 관계없다.

<제 3 실시예>

이하, 본 발명의 제 3 실시예에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 a-a'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 12에 있어서 8, 9, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이고, 이상은 도 2의 구성과 같은 것이다. 도 2의 구성과 다른 것은 유량 측정부의 단면이 분할판(21a, 21b)에서 3분할되어, 분할 유량 측정부(22a 내지 22c)로 되어 있는 점이다.

유량 측정부(7)의 단면적과 피측정 유체를 공급하는 배관의 내경과 같은 정도로 하면서 높이(H2)와 폭(W2)의 애스펙트비(W2/H2)를 크게하면, 유로(6)를 소형화하기 어려운 경우가 있다. 그래서, 유량 측정부(7)의 단면을 복수로 분할하고, 각각의 분할 유량 측정부의 높이와 폭의 애스펙트비를 크게하는 수단을 생각한다. 먼저, 초음파 유량계의 유로(6)의 제작 방법의 일례에 관해서 간단히 설명한다. 예를 들면, 높이(H2)와 폭(W2)과의 애스펙트비(W2/H2)가 5인 유량 측정부(7)에 대하여, 두께 0.2 mm의 SUS제의 분할판(21a, 21b)을 하판부(14)의 내벽면에 평행하게되도록 측벽부(8, 9)에 접착제로써 고정한다. 분할판(21a, 21b)을 측벽부 (8, 9)에 고정한 후, 상판부(15)를 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또 분할 유량 측정부(22a, 22c)의 애스펙트비는 약 20, 분할 유량 측정부 (22b)의 애스펙트비는 약 17이 되도록 높이(H2a, H2b, H2c)를 설정한다.

또한 분할 유량 측정부(22b)에는 전파 경로(23)와 전파 경로(24)에 약 0.04π의 전파 위상차가 생기고, 분할 유량 측정부(22a)에는 전파 경로(25)와 전파 경로(26)에 약 0.1π의 전파 위상차가 생기도록 초음파 진동자(10, 11)의 거리(L)를 선택한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 유효 방사면은 정사각형, 주파수는 270 kHz로 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계에의 초음파 진동자의 장착 방법, 동작 원리는 제 1 실시예과 같이 되기 때문에 생략한다.

다음에 분할 유량 측정부(22) 내에서의 초음파의 전파에 관해, 도 13에 도시된 바와 같은 전파 경로(23 내지 26)를 사용하여 설명한다. 또 전파 경로(23 내지 26)는 대표적인 전파 경로이며, 제 1 실시예과 마찬가지로 도시되지 않은 전파 경로가 존재한다. 도 13은 유로(6)의 b-b'선을 옆에서 본 단면도이다.

분할 유량 측정부(22b)에 있어서, 직접파는 전파 경로(25)와 같이 전파하고, 반사파는 전파 경로(24)와 같이 분할판(21b)에서 반사되면서 전파한다. 또한 분할 유량 측정부(22a)에서는 직접파는 전파 경로(25)와 같이 전파하며, 반사파는 전파 경로(26)와 같이 상판부(15)로 반사되면서 전파한다. 분할 유량 측정부(22c)의 높이(H2c)는 분할 유량 측정부(22a)의 높이(H2a)와 같게 설정되어 있으므로, 직접파와 반사파의 관계는 분할 유량 측정부(22a)와 같이 된다.

초음파 진동자(11)에서는 분할 유로(H2a, H2b, H2c) 내를 전파하는 모든 직접파와 반사파의 합성파를 수신파로서 관측한다. 제 2 실시예에서 예시된 바와 같이, 직접파와 반사파의 전파 위상차가 0.2π 이하가 되도록 분할 유량 측정부(22a 내지 22c)의 높이를 설정하였기 때문에, 각 분할 유량 측정부(22a 내지 122c) 내에서의 직접파와 반사파의 겹침의 위상적인 관계는 흐름에 의해 영향을 받지 않는다.이 결과. 직접파에 대한 반사파의 영향을 감소시킬 수 있다.

상기 구성과 같이 유량 측정부를 3분할하고, 피측정 유체인 공기를 약 6000 리터/시간 흘려서 행한 실험 결과에서는 초음파 진동자(10)로 송신, 초음파 진동자(11)로 수신에서의 조합의 변화율과 초음파 진동자(11)로 송신, 초음파 진동자 (10)로 수신에서의 조합의 변화율이 거의 같게 되는 것을 확인하였다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 분할판에 의해 유량 측정부를 복수로 분할함으로써, 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 또한 흐름의 안정화도 꾀할 수 있어 피측정 유체의 유량을 단시간에 고정밀도로 측정할 수가 있다.

또 제 3 실시예에서는 유량 측정부를 3분할하였지만, 직접파에 대한 반사파의 위상차를 작게할 수 있으면 2분할이든 4분할이든 관계없고, 높이(H2a 내지 H2 c)의 높이는 적절히 변경하여 설정하여도 관계없다. 또한 모든 분할 유량 측정부에 초음파가 전파되는 것으로 하였지만, 유량 계측의 정밀도를 만족할 수 있으면 모든 분할 유량 측정부에 초음파를 전파시킬 필요가 없다.

<제 4 실시예>

이하, 본 발명의 제 4 실시예에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 b-b'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 14에 있어서 8, 9, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이고, 이상은 도 3의 구성과 같은 것이다. 도 3의 구성과 다른 것은 초음파 진동자(10, 11)의 중심을 연결하는 선(27)과 높이(H3)의 중심선(29)이 평행하고 또한 동일 선상이 되지 않도록, 초음파 진동자(10, 11)를 측벽부(8, 9)에 배치하고 있는 점이다.

고정밀도의 유량계를 얻기 위해서는 반사파의 영향을 감소시키는 것이 필요하고, 하판부(14)의 내벽면으로부터의 반사파와 상판부(15)로부터 반사파에 전파 위상차를 형성하는 것을 생각한다. 그 방법의 하나로서, 하판부(14)의 내벽면에서의 반사파와 상판부(15)로부터 반사파가 다른 위상으로 초음파 진동자에 도달하도록 유량 측정부(28)의 높이(H3)의 중심선(29)에 대하여, 한 쌍의 초음파 진동자의 중심을 연결하는 선(27)을 평행하게 시프트(shift)시켜 배치하는 방법을 선택하였다.

상기와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 작성 방법의 일례에 관해서 설명한다. 예를 들면 직접파의 전파 경로(27)와 하판부(14)에서의 반사파의 전파 경로(30)의 전파 위상차가 0.7π, 전파 경로(27)와 상판부(15)에서의 반사파의 전파 경로(31)의 전파 위상차가 2.2π가 되도록 초음파 진동자(10, 11)를 측벽부(8, 9)에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또한 상판부(15)를 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 유효 방사면 형상, 주파수, 피측정 유체는 제 1 실시예과 마찬가지로 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계의 동작 원리는 제 1 실시예과 같이 되기 때문에 생략한다.

다음에 유량 측정부(28)에서의 초음파의 전파에 관해서 전파 경로의 일례를 참조하여 설명한다. 직접파는 중심을 연결하는 선(27)을 따라 전파하고, 반사파는하판부(14)의 내벽면에서 반사되는 전파 경로(30)와 상판부(15)의 내벽면에서 반사되는 전파 경로(31)가 있고 초음파 진동자(11)의 중심 부근에서 수신된다. 또 도시된 직접파와 반사파의 전파 경로는 대표적인 전파 경로이고, 도시되지 않은 전파 경로도 제 1 실시예과 같이 존재한다. 중심을 연결하는 선(27)과 중심선(29)이 일치하고 있는 경우는 전파 경로(30)와 전파 경로(31)의 전파 거리가 같기 때문에 전파 위상차는 생기지 않는다. 그러나, 중심을 연결하는 선(27)과 중심선(29)을 일치시키지 않으면, 전파 경로(30)와 전파 경로(31)의 전파 거리가 다르기 때문에 전파 위상차가 생긴다. 이 때문에 반사파 끼리가 간섭의 영향을 받아서 직접파에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.

상기 구성으로 공기를 약 6000 리터/시간 흘려서 행한 실험에서는 도 8의 전파 위상차가 2.2π의 결과와 거의 같은 결과로 되는 것을 확인하였다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 유량 측정부의 높이(H3)의 중심선에 대하여 초음파 진동자의 중심을 연결하는 선을 평행하게 시프트시켜 배치함으로써, 하판부와 상판부에서 반사되는 반사파의 전파 위상차를 전환할 수 있고 직접파에 대한 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어 피측정 유체의 유량을 단시간에 고정밀도로 측정할 수 있다.

또 제 4 실시예에서는 직접파의 전파 경로(27)와 하판부(14)에서의 반사파의 전파 경로(30)의 전파 위상차가 0.7π, 전파 경로(27)와 상판부(15)에서의 반사파의 전파 경로(31)의 전파 위상차가 2.2π로 되도록, 초음파 진동자의 중심을 연결하는 선(27)과 유량 측정부의 높이(H7)의 중심선(29)을 평행하게 시프트하여 배치하는 것으로 하였지만, 상기 조건에 한정되는 것은 아니라, 적절히 변경하여 구성할 수 있다.

<제 5 실시예>

이하, 본 발명의 제 5 실시예에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 15는 본 발명의 제 5 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 b-b'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 15에 있어서 8, 9, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이고, 이상은 도 3의 구성과 같은 것이다. 도 3의 구성과 다른 것은 초음파 진동자(10, 11)의 중심을 연결하는 선(32)과 유량 측정부(36)의 높이(H4)의 중심선(33)이 소정의 각도(θ4)가 되도록, 초음파 진동자(10, 11)를 측벽부(8, 9)에 비스듬히 배치하고 있는 점이다.

제 4 실시예와 마찬가지로, 고정밀도의 유량계를 얻기 위해서는 반사파의 영향을 감소시키는 것이 필요하고, 하판부(14)의 내벽면에서의 반사파와 상판부(15)로부터 반사파에 전파 위상차를 마련하는 것을 생각한다. 그 방법의 하나로서, 한 쌍의 초음파 진동자의 중심을 연결하는 선(32)과 높이(H4)의 중심선(33)이 소정의 각도(θ4)를 갖도록 초음파 진동자(10, 11)를 배치하는 방법을 선택하였다.

그래서 상기와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 작성 방법의 일례에 관해서 설명한다. 예를 들면 높이(H4)의 중심선(33)에 대하여, 초음파 진동자(10, 11)의 중심을 연결하는 선(32)이 약 2.5도 만큼 경사지도록 측벽부(8, 9)에 초음파진동자(10, 11)를 밀봉재를 개재시켜 나사 고정된다. 또한 상판부(15)를 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 유효 방사면형상, 주파수, 피측정 유체는 제 1 실시예와 같은 것으로 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계의 조작 원리는 제 1 실시예와 같이 되기 때문에 생략한다. 다음에 유량 측정부(36)에서의 초음파의 전파에 관해, 전파 경로의 일례를 사용하여 설명한다. 예를 들면 직접파는 중심을 연결하는 선(32)을 따라 전파한다. 초음파 진동자(10)의 중심 부근에서 하판부(14)와 상판부(15)의 각각의 방향에 같은 각도로 방사되는 전파 경로(34)와 전파 경로(35)를 반사파의 대표예의 하나로서 생각한다. 또 도시된 직접파와 반사파의 전파 경로는 대표적인 전파 경로이며, 도시되지 않은 전파 경로도 제 1 실시예와 같이 존재한다. 전파 경로(34)에 따라 전파하는 초음파는 하판부(14)에서 반사되며, 전파 경로(35)를 따라 전파하는 초음파는 상판부(15)에서 반사된다. 전파 경로(34)와 전파 경로(35)를 전파하는 반사파는 전파 거리가 다르기 때문에 전파 위상차가 생긴다.

중심을 연결하는 선(32)과 중심선(33)이 일치하고 있는 경우는 전파 경로(34)와 전파 경로(35)의 전파 거리가 같기 때문에 전파 위상차는 생기지 않고, 초음파 진동자(11)의 같은 위치에서 수신하고 있었다. 그러나, 중심을 연결하는 선(32)과 중심선(33)이 2.5도 경사져 있기 때문에, 전파 경로(34)와 전파 경로(35)의 전파 거리가 달라서 전파 위상차가 생긴다. 또한 초음파 진동자(11)가 다른 위치에서 수신된다. 이 때문에 반사파 끼리가 간섭의 영향을 받아서 직접파에 대한 영향을 감소시키는 것이 가능해진다.

또 제 5 실시예에서는 높이(H4)의 중심선(33)에 대한 초음파 진동자(10, 11)의 중심을 연결하는 선(32)을 약 2.5 도 경사지게 하였지만, 상기 조건에 한정되는 것이 아니고, 2.5도 보다도 크게 하거나 작게 하여도 관계없다.

<제 6 실시예>

이하, 본 발명의 제 6 실시예에 관해 도면을 참조하면서 설명한다.

도 16은 본 발명의 제 6 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로의 상면도이다. 또한 도 17은 도 16의 유로의 c-c'선을 옆에서 본 단면도이다. 또한 도 18은 도 16의 유로의 d-d'선을 옆에서 본 단면도이다. 각 도면에 있어서, 37은 유로이고, 38은 유로(37)의 상판부이며, 39는 상판부(38)에 설치된 초음파 진동(10)의 설치부(21)이다. 40은 유로(37)의 하판부이고, 41은 하판부(40)에 설치된 초음파 진동자(11)의 장착부(b)이고, 42, 43은 유로(37)의 측벽부이며, 44는 유량 측정부이다.

고정밀도의 유량계를 얻기 위해서는 반사파의 영향을 감소시키는 것이 필요하고, 반사파 중에서도 특히 1회 반사의 반사파의 영향을 감소시키는 것이 중요하게 된다. 또한 유속 분포의 관점에서 높이(H5)와 폭(WS)의 애스펙트비(W5/H5)를 크게 하고 싶은 경우도 있다. 그래서, 유량 측정부(44)의 형상에 관계없이, 유량 측정부(44) 내에서 1회 반사가 생기지 않는 위치에 한 쌍의 초음파 진동자를 배치하는 방법에 관해서 생각한다.

상기와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 작성 방법의 일례에 관해서 설명한다. 유로(37)를 구성하는 상판부(38), 하판부(40), 장착부(39, 41), 측벽부(42, 43)에 사용하는 재료는 피측정 유체에 대한 화학 변화를 일으키지 않는 재질을 사용한다. 본 실시예에서는 피측정 유체를 예를 들면 공기로 하였기 때문에, 재질에는 ABS 수지를 선택한다. 우선 상판부(38)의 긴축 방향과 초음파 진동자(10)의 설치 방향 d-d'의 각도(θ5)가 예를 들면 30도가 되도록 장착부(39)를 상판부(38)에 접착 고정한다. 하판부(40)의 긴축방향과 초음파 진동자(11)의 설치 방향 d-d'의 각도(θ5)도 30도가 되도록 장착부(41)를 상판부(40)에 접착 고정한다. 상기 상판부(38)를 측벽부(42, 43)의 단면에 실제를 개재시켜 나사 고정하고, 단면 형상이 직사각형의 유량 측정부(44)를 구성한다. 다음에 초음파 진동자(10, 11)의 중심을 연결한 선(47)과 d-d' 단면의 높이(H5)의 중심선을 이루는 각도(θ6)가 30도가 되도록 장착부(39, 41)에 초음파 진동자(10, 11)를 밀봉재(45, 46)를 개재시켜 고정한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 유효 방사면 형상, 주파수는 제 1 실시예와 동일하게 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계의 동작 원리는 제 1 실시예와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

다음에 유량 측정부(44) 내에서의 초음파의 전파에 관해서 도 18에 도시된 바와 같은 전파 경로(47 내지 49)를 사용하여 설명한다. 또 전파 경로(47 내지 49)는 대표적인 전파 경로이며, 도시되지 않은 전파 경로도 존재한다. 초음파 진동자(10)로부터 송신되는 초음파는 전파 경로(47)를 따라 초음파 진동자(11)에 전파한다. 초음파 진동자(10)로부터 송신되는 초음파는 일반적으로 확장되면서 전파되기 때문에, 전파 경로(48, 49)를 따라 전파하는 초음파도 존재한다. 그러나 전파 경로(48)를 따라 전파한 초음파는 하판부(40)에서 반사된 후, 유량 측정부(44)의 벽면에서 이미 1회 반사되어 초음파 진동자(11)에 도달할 수 없다. 또한 전파 경로(49)를 따라 전파된 초음파도 측벽부(42)에서 반사된 후, 유량 측정부(44)의 벽면에서 이미 1회 반사되어 초음파 진동자(11)에 도달할 수 없다. 이러한 위치 관계에 배치된 초음파 진동자(10, 11)에서는 유량 측정부(44)에서 1회만 반사되어 수신되는 반사파는 존재하지 않는다. 이 결과, 직접파에 영향을 주는 반사파는 2회 반사 이상이고, 2회 반사 이상의 반사파가 직접파에 주는 영향은 1회 반사의 반사파와 비교하면 상당히 작기 때문에 반사파의 영향을 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 구성한 유량 측정부(44)를 이용하여, 피측정 유체인 공기를 약6000 리터/시간 흘려서 행한 실험 결과에서는 제 1 실시예의 전파 위상차가 2.2π와 동등의 결과가 되는 것을 확인하였다. 이 결과에서, 유로(37)의 긴축 방향과 유량 측정부(44)의 높이(H5) 방향의 각각에 각도(θ5, θ6)를 갖고, 1회 반사의 반사파가 생기지 않은 위치에 한 쌍의 초음파 진동자(10, 11)를 배치하면, 유량 측정부(44)의 단면 치수에 의존하지 않고 피측정 유체의 유량을 광범위하게 고정밀도로 측정할 수가 있다.

또한 제 6 실시예에서는 유로(37)의 긴축 방향과 초음파 진동자의 설치 방향 d-d'의 각도(θ5)가 30도, 한 쌍의 초음파 진동자의 중심을 연결하는 선(47)과 높이(H5)의 중심선과 이루는 각(θ6)이 30도 경사지게 하였지만. 상기 조건에 한정되는 것이 아니고, 적당한 각도로 바꿔 구성할 수가 있다.

<제 7 실시예>

이하, 본 발명의 제 7 실시예에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 19는 본 발명의 제 7 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 a-a'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 19에 있어서 8, 9, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이고, 이상은 도 2의 구성과 동일한 것이다. 도 2의 구성과 다른 것은 유량 측정부(52)를 층상으로 분할하지 않은 치수를 갖는 구조체(50, 51)가측벽부(8, 9)에 배치되어 있는 점이다.

반사파의 영향을 감소시키기 위해서, 반사파와 직접파의 전파 위상차를 원하는 크기로 설정하도록 유량 측정부(52)에 반사판을 설치하는 방법에 대해서 생각한다.

상기와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 작성방법의 일 예에 대해서 설명한다. 예를 들면 유량 측정부(52)에 대하여, 두께 0.2 mm, 길이(L6)가 7 mm인 SUS제의 2장의 구조체(50a, 50b)를 하판부(14)의 내벽면과 평행하게 되도록 초음파 진동자(10)가 배치되어 있는 측벽부(8)에 접착제로 고정한다. 마찬가지로 초음파 진동자(11)가 배치되어 있는 측벽부(9)에도 구조체(51a, 51b)를 접착제로 고정한다. 구조체(50) 및 구조체(51)를 측벽부(8, 9)에 고정한 후, 상판부(15)를 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 유효 방사면 형상, 주파수, 피측정 유체는 제 1 실시예와 동일하게 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계에 대한 초음파 진동자의 장착 방법, 동작 원리는 제 1 실시예과 동일하므로 생략한다.

다음에 유량 측정부(52) 내에서의 초음파의 전파에 대해서, 도 20에 도시된 바와 같은 전파 경로(53, 54)를 이용하여 설명한다. 또 전파 경로(53, 54)는 대표적인 전파 경로이고, 제 1 실시예과 마찬가지로 도시되어 있지 않는 전파 경로도 존재한다. 도 20은 유로(6)의 b-b'선을 옆에서 본 단면도이다. 직접파는 전파 경로(53)를 따라서 전파한다. 또한 반사파는 전파 경로(54)와 같이 구조체(50a), 하판부(14)에서 반사를 반복하면서 전파한다. 전파 경로(54)에서 전파하는 반사파는 상판부(15)에서 1회만 반사하는 전파 경로보다 전파 거리가 연장된다. 또한 구조체(51)에 의해 수신을 저해하는 도시되어 있지 않는 반사파의 전파 경로도 존재한다. 이로써 직접파에 대한 반사파의 영향을 감소시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 구조체에 의해 직접파와 반사파의 전파 위상차를 원하는 크기로 할 수 있기 때문에, 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어서 피측정 유체의 유량을 단시간에 정밀도 높게 측정할 수 있다.

또 제 7 실시예에서는 구조체의 두께를 0.2 mm, 길이(L6)를 7 mm, SUS제로 하였으나, 상기 조건에 한정되는 것은 아니며, 크기, 재질을 적절히 바꾸어 구성할 수 있다. 또한 구조체(50, 51)를 측벽부(8, 9)에 접착 고정한다고 하였으나, 측벽부(8, 9) 이외의 장소에 배치할 수도 있다. 또한 구조체의 매수를 전부 4장으로 하였지만, 1장 이상이라면 상관없다.

<제 8 실시예>

이하, 본 발명의 제 8 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 제 8 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 a-a' 선을 옆에서 본 단면도이다. 도 21에 있어서 8, 9, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이며, 이상은 도 2의 구성과 동일한 것이다. 도 2의 구성과 다른 점은, 유량 측정부(56)를 층상으로 분할되지 않는 구조체(55a, 55b)가 하판부(14), 상판부(15)에 배치되어 있는 점이다.

고정밀도의 유량계를 얻기 위해서는 반사파의 영향을 감소시키는 것이 필요하고, 반사파가 수신되기 어렵게 유량 측정부(56)에 반사판을 설치하는 방법에 대해서 생각한다.

상기한 바와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 작성 방법의 일 예에 대해서 설명한다. 예를 들면, 유량 측정부(56)에 대하여, 두께 0.2 mm, 길이(L7)가 1 mm인 SUS제의 구조체(55a, 55b)를 하판부(14), 상판부(15)의 내벽면에 수직으로, 폭(W7)의 중앙부 근처가 되도록 접착제로 고정한다. 구조체(55)를 고정한 후, 상판부(15)를 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 유효 방사면 형상, 주파수, 피측정 유체는 제 1 실시예와 동일하게 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계에 대한 초음파 진동자의 장착 방법, 동작 원리는 제 1 실시예와 동일하므로 생략한다.

다음에 유량 측정부(56)에서의 초음파의 전파에 대해서, 도 22에 도시된 바와 같은 전파 경로(57, 58)를 이용하여 설명한다. 또 전파 경로(57, 58)는 대표적인 전파 경로로서, 제 1 실시예와 마찬가지로 도시되어 있지 않는 전파 경로도 존재한다. 도 22은 유로(6)의 b-b' 선을 옆에서 본 단면도이다. 초음파 진동자(10)로부터 송신된 초음파는 넓어지면서 전파하며, 예를 들면 직접파는 전파 경로(57)를 따라 전파한다. 또한 넓어진 초음파는 상판부(15)나 하판부(14)에서 반사되고, 초음파 진동자(11)에서 반사파로서 수신된다. 그러나 구조체(55a)를 상판부(15)에 설치함으로써, 예를 들면 전파 경로(58)의 반사파는 구조체(55a)에 의해 전파가 저해된다. 이로 인해, 전파 경로(58)에서의 반사파는 초음파 진동자(11)에서는 수신되지 않는다. 반사파의 전파 경로는 전파 경로(58) 이외에도 존재하지만, 구조체(55a, 55b)에 의해서 반사파의 일부의 전파가 저해될 수 있기 때문에, 직접파에 대한 반사파의 영향을 감소시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 구조체에 의해 반사파의 일부의 전파를 저해할 수 있기 때문에, 구조체를 배치하는 위치 및 매수를 적절히 선택함으로써 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어서 피측정 유체의 유량을 단시간에 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또 제 8 실시예에서는 구조체(55a, 55b)의 두께를 0.2 mm, 길이(L7)를 1 mm, SUS제로, 폭(W7)의 중앙 근처에 위치한다고 하였지만, 상기 조건에 한정되는 것은 아니며, 크기, 위치, 재질을 적절히 바꾸어 구성할 수 있다. 또한 구조체(55a, 55b)를 하판부(10), 상판부(15)상에 접착 고정한다고 하였지만. 하판부(14), 상판부(15) 이외의 장소에 배치하더라도 상관없다. 또한 구조체를 2장 배치하였지만, 1장 이상이라면 몇 매라도 상관없다.

<제 9 실시예>

이하, 본 발명의 제 9 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 23은 본 발명의 제 9 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)의 a-a'선을 옆에서 본 단면도이다. 도 23에 있어서 8, 9, 14, 15는 유로(6)의 측벽부, 하판부, 상판부이며, 이상은 도 2의 구성과 같다. 도 2의 구성과 다른 점은, 하판부(14)에 오목부(59)와, 오목부(59)의 윗쪽에 메시(mesh) 구조체(60)를 설치한 점이다.

유량 측정부(61)의 높이(H8)와 폭(W8)의 애스팩트비(W8/H8)를 크게 하면서 반사파의 영향을 감소시키기 위해서, 유량 측정부(61)에 오목부를 설치하고, 또 그오목부에 흐름을 흐트리지 않는 메시 구조체를 설치하는 방법에 대해서 생각한다.

상기와 같이 구성된 초음파 유량계의 유로의 작성방법의 일 예에 대해서 설명한다. 예를 들면 애스팩트비(W8/H8)가 5인 유량 측정부(61)의 하판부(14)의 중앙 부근에, 전파 경로(62)와 전파 경로(63)의 전파 위상차가 2.2π가 되도록 오목부(59)를 밀링 머신(milling machine)을 사용하여 구성한다. 오목부(59)에는 피측정 유체인 공기의 흐름이 생기지 않도록, 오목부(59)를 덮도록 메시 구조체를 윗쪽에 고정한다. 메시 구조체는 초음파가 투과하도록, 예를 들면 메시 사이즈는 100번 정도로 한다. 또한 전파 경로(62)와 전파 경로(64)의 전파 위상차가 l.2π가 되도록 상판부(15)를, 측벽부(8, 9)의 단면에 밀봉재를 개재시켜 나사 고정한다. 또 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 유효 방사면 형상, 주파수, 피측정 유체는 제 1 실시예와 동일하게 한다. 이상과 같이 구성된 초음파 유량계에 대한 초음파 진동자의 장착 방법, 조작 원리는 제 1 실시예와 동일하므로 생략한다.

다음에 유량 측정부(61)에서의 초음파의 전파에 대해서, 도 24에 도시된 바와 같은 전파 경로의 일 예를 이용하여 설명한다. 도 24는 유로(6)의 b-b' 선을 옆에서 본 단면도이다. 직접파는 전파 경로(62)를 따라 전파한다. 한편 하판부(14)에서의 반사파는 전파 경로(63)와 같이 오목부(59)의 밑바닥에서 반사되어 전파된다. 또한 상판부(15)에서의 반사파는 전파 경로(64)와 같이 반사되어 전파된다. 또 전파 경로(62 내지 64)는 대표적인 전파 경로이고, 제 1 실시예과 마찬가지로 도시되어 있지 않는 전파 경로도 존재한다. 또한 메시 구조체(60)를 투과하지 않고, 메시 구조체(60)의 표면에서 반사되는 반사파도 존재한다.

전파 경로(62)와 전파 경로(63)의 전파 위상차가 2.2π, 전파 경로(62)와 전파 경로(64)의 전파 위상차가 1.2π로 하였기 때문에, 각각 반사파의 전파 경로 분포가 다르며, 하판부(14)와 상판부(15)에서의 반사파끼리가 간섭의 영향을 받는다. 이와 같이 하판부(14)의 구성과 상판부(15)의 구성을 비대칭으로 함으로써, 직접파에 대한 영향을 감소시킬 수 있다. 또한 오목부(59)에는 메시 구조체(60)가 설치되어 있기 때문에, 공기는 오목부(59)를 제외하는 유량 측정부(61)를 흐르고, 흐름에 대하여 흐트러짐이 생기지 않는다. 또한 초음파는 오목부(59)를 포함하는 유량 측정부(61)를 전파시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 구조체에 의해 직접파와 반사파의 전파 위상차를 원하는 크기로 할 수 있는 데다가 더욱이, 측정 유량 범위에 있어서 안정된 유량 분포를 실현할 수 있기 때문에 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어서 측정 유체의 유량을 단시간에 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또 제9 실시예에서는 전파 경로(62)와 전파 경로(63)의 전파 위상차가 2.2π가 되도록 오목부(59)를 설치하였지만, 상기 조건에 한정되는 것은 아니며, 적절히 바꾸어 구성할 수 있다. 또한 오목부(59)의 윗쪽에 100번 정도의 메시 구조체(60)를 설치한다고 하였지만, 그 밖의 메시 구조체라도 상관없으며, 오목부(59)가 흐름에 대하여 측정상 문제가 되는 영향을 주지 않는다면 설치할 필요는 없다. 또한 오목부(59)를 하판부(14)의 중앙 부근에 설치한다고 하였지만. 반사파의 영향을 감소시키기 위해서 필요한 장소에 필요한 수만 설치할 수 있으며, 상판부(15)에 설치해도 되며, 오목부(59) 뿐만 아니라 볼록부를 설치하더라도 상관없다.

<제 10 실시예>

이하, 본 발명의 제 10 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 25는 본 발명의 제 10 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 유로(6)를 위에서 본 단면도이다. 도 25에서 6은 유로, 8, 9는 유로(6)의 측벽부이며, 이상은 도 1의 구성과 동일한 것이다. 도 1의 구성과 다른 점은, 초음파 진동자(10, 11)의 중심을 연결하는 선(65)에 대하여 초음파 진동자(10)의 중심 방향(66)을 상류측으로 θ10(약 5도), 초음파 진동자(11)의 중심 방향(67)을 하류측 θ11(약 5도)만큼 물려 놓고 배치한 점이다. 유로의 작성방법, 초음파 진동자의 장착 방법, 동작 원리는 제 1 실시예와 동일하므로 생략한다. 또한 초음파 진동자(10, 11)의 거리, 방사면 형상, 주파수 측정 유체는 제 1 실시예와 동일하다.

일반적으로 초음파 진동자의 지향성은 초음파 진동자의 중심 방향으로 강한 경향이 있다. 이로써 열린 공간에서는 초음파 진동자(10, 11)의 지향성을 일치시켜서 대향시킨 경우 수신 전압을 가장 크게 할 수 있다. 그런데 유로(6)와 같은 닫힌 공간에서 초음파를 송수신 하는 경우, 수신되는 반사파도 비교적 강한 지향성의 부분이기 때문에 큰 수신 전압이 되며, 직접파에 대한 영향이 커지게 된다. 그래서, 중심을 연결하는 선(65)에 대하여 중심 방향(66, 67)을 θ10, θ11만큼 물려 놓고 초음파 진동자(10, 11)를 배치한다. 이러한 배치에서는 직접파의 수신 전압은 내려가지만, 반사파는 비교적 약한 지향성의 부분이 되기 때문에 반사파의 수신 전압도 작게 되어 반사파의 영향을 작게 할 수 있게 된다.

초음파 진동자(10)의 중심 방향(66)을 하류측에, 초음파 진동자(11)의 중심방향(67)을 상류측으로 약 5도 물려 놓는 구성으로 제 1 실시예와 같이 공기를 약 6000 리터/시간 흘려서 수행한 실험에서는 도 7의 전파 위상차가 2π 정도로 같은 정도의 결과가 얻어진다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 초음파 진동자의 중심을 연결하는 선과 초음파 진동자의 중심선을 물려 놓고 배치함으로써, 직접파에 대한 반사파의 영향을 감소시킬 수 있어 피측정 유체의 유량을 단시간에 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또 제 10 실시예에서는 65초음파 진동자의 중심을 연결하는 선에 대하여 초음파 진동자의 중심 방향(66, 67)을 5도 물려 놓는다고 하였지만, 상기 조건에 한정되는 것은 아니며, 각도를 적절히 바꾸어 구성할 수 있다. 또한 초음파 진동자(10, 11)의 중심선을 물려 놓는 방향을 흐름의 상류측, 하류측으로 하였지만, 하판부 방향, 상판부 방향에서도 어떤 방향의 조합이라도 상관없다.

<제 11 실시예>

이하, 본 발명의 제 11 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 26은 본 발명의 제 11 실시예에 있어서의 초음파 유량계의 기관에 대한 장착 상태를 나타내는 국소 단면도이다. 도 26에 있어서 10a, 11a는 장착구이며, 14, 15는 유로(6)의 하판부, 상판부이며, 68은 정류 수단이며, 69는 유량 측정부이고, 70, 71은 배관이다. 도시하지 않는 유량 측정부(69)의 구성은. 제 1 실시예 내지 제 10 실시예의 어느 한 구성과 같게 한다. 제 1 실시예 내지 제 10 실시예와 다른 점은, 유량 측정부(69)에 정류 수단(68)을 설치한 점이다. 예를 들면 정류 수단(68)은 알루미늄제의 허니콤(honeycomb) 구조체로 구성되며, 공기의 흐름에 따라이동하지 않도록 하판부(14), 상판부(15)와 도시하지 않는 측벽부에 접착제로 접착 고정한다. 초음파 유량계의 유로의 조립 방법, 초음파 진동자의 장착 방법, 동작 원리는 제 1 실시예와 동일하므로 생략한다.

다음에 정류 수단의 동작에 대해서 설명한다. 일반적으로 유량 측정에서는 유속분포나 흐름의 방향을 안정화하기 위해서, 유량 계측부의 상류측에 직경에 대하여 충분히 긴(10배 정도) 직관부(直管部)를 설치한다. 그러나 초음파 유량계를 소형화나 설치장소의 제한에 따라 유량 측정부(69)의 상류측에 직경에 대하여 충분히 긴 직관부를 설치하는 것은 곤란하며, 또한 배관(70)을 유로(6)에 수직으로 장착하는 경우도 있다. 이러한 구성에서는 공기는 흐름의 방향이 흐트러진 상태에서 유량 측정부(69)를 흐르고, 측정 정밀도에 영향을 주게 된다.

그래서, 배관(70)으로부터 유량 측정부(69)로 유입하는 공기의 흐름을 안정화하기 위해서 허니콤 구조를 갖는 정류 수단(68)을 설치한다. 정류 수단(68)을 통과한 공기는 흐름의 방향이 균일화되며, 하판부(14)나 상판부(15)에 대하여 거의 평행하게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 정류 수단(68)을 유량 측정부(69)의 상류측에 설치함으로써 흐름의 방향을 안정화할 수 있으며, 제 1 실시예 내지 제 10 실시예의 반사파의 영향을 감소시키는 수단으로 조합함으로써, 측정유량의 유량을 단시간에 높은 정밀도로 측정할 수 있다.

또 제11 실시예에서는 정류 수단(68)을 알루미늄제의 허니콤 구조체로 하였지만, 정류효과를 얻을 수 있다면 파이프, 그물망 구조, 평판이라도 상관없으며,SUS와 같은 금속이나 수지, 복합체라도 상관없다. 배관(70, 71)을 상판부(15)에 수직으로 장착한다고 하였지만, 상판부(15) 이외의 부위에 장착하더라도 상관없다. 또한 수평으로 장착하더라도 상관없다. 정류 수단(68)을 상류측에 설치한다고 하였지만, 상류측과 하류측의 양쪽에 설치하더라도 상관없다.

또 제 1 실시예 내지 제 3 실시예, 제 7 실시예에서는 높이(H0, Hl, H2, H6)와 초음파 진동자(10, 11)의 높이가 같아지도록 도시하고 있지만, 높이(H0, H1, H2, H6)보다 초음파 진동자(10, 11)의 높이를 낮게 하거나 높게 하더라도 상관없다.

또한 제 1 실시예 내지 제 5 실시예, 제 7 실시예 내지 11실시예에서는 초음파 진동자(10, 11)를 측벽부(8, 9)에 흐름에 대하여 비스듬하게 설치한다고 하였지만, 흐름이 계측 가능하다면 측벽부(8, 9) 이외의 장소에 배치하더라도 상관없고, 흐름에 대하여 평행하게 되는 위치에 배치하더라도 상관없다. 또한 유량 측정부의 단면 형상을 장방형으로 하였지만, 초음파 진동자(10, 11)를 흐름에 대하여 평행하게 되는 위치에 배치하면, 원형이나 타원형이라도 상관없다.

또한 제 1 실시예 내지 제 11 실시예에서는 초음파 진동자(10, 11)의 유효 방사면은 정방형으로 하였지만, 상기 조건에 한정되는 것은 아니며, 원형, 타원형, 다른 다각형이라도 상관없다. 또한 초음파 진동자(10, 11)의 주파수는 270 kHz로 하였지만. 상기 조건에 한정되는 것은 아니며, 270 kHz 이상이거나 이하라도 상관없다. 또한 유량 측정부의 단면 형상을 장방형으로 하였지만, 상기 형상에 한정되는 것은 아니며, 장방형의 일부를 변형한 형상, 장방형 이외의 다각형이라도 상관없다. 또한 피측정 유체를 공기로 하였지만, 공기 이외의 예를 들면 LP 가스나 도시 가스와 같은 기체나 물과 같은 액체라도 상관없다. 또한 유로(6)의 재질을 ABS 수지로 하였지만, 피측정 유체에 의해서 화학적 변화를 받지 않는 재질이라면 어떠한 것이라도 가능하며, 피측정 유체가 LP 가스, 도시 가스 등이라면 SUS나 알루미늄 다이 캐스트(die-cast)와 같은 금속이라도 상관없다. 압력 손실을 적게 하기 위해서 일반적으로 유량 측정부의 단면적은 피측정 유체를 공급하는 배관의 내경과 같은 정도로 한다고 하였지만, 필요에 따라서 단면적을 크게 하거나 작게 하더라도 상관없다. 또한 본 발명의 초음파 유량계를 가정용 가스 미터를 상정한 초음파식 가스 미터나 피측정 유체의 유속을 측정하는 유속계에 사용하더라도 상관없다. 또한 복수의 실시예의 구성을 조합해도 됨은 말할 필요도 없다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 직접파와 반사파 간의 위상차가 측정 결과에 주어지는 영향을 감소시키도록 유량 측정부와 한 쌍의 초음파 진동자를 구성한 것이다.

상기의 발명에 의하면 유로 측정부 내에서의 반사파의 영향을 작게 할 수 있기 때문에 광범위하게 걸쳐서 측정 정밀도가 향상된다.

본 발명의 제 3 형태의 초음파 유량계는 내부에 유체가 흐르며, 최소한 하나의 벽면으로 형성되고,그 단면이 특정한 형상을 가지는 유량 측정부와, 양자가 단일의 전파 주파수를 가지는 초음파를 서로 송수신하도록 구성되고, 거리를 두고 이격되어 있으며, 상기 초음파는 직접파와 상기 최소한 하나의 벽면 중 하나로부터 반사된 반사파를 포함하며, 상기 직접파의 전파 거리와 상기 간접파의 전파 거리의 차이에 대응하는 위상차가 발생하게 되는 한 쌍의 초음파 진동차를 구비하는 유로와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자에 연결되어, 상기 한 쌍의 초음파 진동자 사이를 전파하는 초음파의 전파 시간을 측정하도록 구성된 계측부와, 상기 계측부에 연결되어, 상기 계측부로부터의 계측 결과의 출력에 근거하여 상기 유량 측정부 내의 상기 유체의 유량을 계산하도록 구성된 계산부를 포함하며, 상기 유로는 상기 초음파의전파 주파수와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자를 분리하는 거리와, 상기 유량 계측부의 단면의 형상 중 적어도 하나를 변경하여, 상기 계측결과에 대하 상기 직접파와 상기 간접파 사이의 위상차의 영향을 감소시키는 구성을 가지므로, 간이한 구성으로 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 4 형태의 초음파 유량계는, 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심점과 추가적인 점을 연결하여 형성되는 이등변 삼각형의 이등변을 따라 전파하고, 상기 추가적인 점은 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나 상에 있으며, 상기 위상차는 3π/ 2이상이므로, 간이한 구성으로 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 5 형태의 초음파 유량계는, 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 최소한 하나의 벽면 중의 하나로부터 단지 1 회만 반사되며, 상기 반사파의 전파 시간은 상기 직접파의 전파 시간보다 길게 되어 있으므로, 간이한 구성으로 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소 시킬수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 6 형태의 초음파 유량계는 제 4 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 초음파의 상기 전파 주파수는 270 kHz로 설정되어 있므로, 유량 측정부내에서의 반사파의 영향을 감소 시킬 수 있으므로, 더욱 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 7 형태의 초음파 유량계는, 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심점과 추가적인 점을 연결하여 형성되는 이등변 삼각형의 이등변을 따라 전파하고, 상기 추가적인 점은 상기 최소한 한의 벽면 중의 하나 상에 있으며, 상기 위상차는 최대 0.2π 이므로, 간이한 구성으로 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 8 형태의 초음파 유량계는 제 7 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 유량 측정부를 복수의 부분으로 분할하기 위한 최소한 하나의 분할판을 추가로 포함하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 9 형태의 초음파 유량계는 제 8 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 초음파의 상기 전파 주파수는 270 kHz 설정되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 10 형태의 초음파 유량계는 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 유량 측정부의 단면 형상은 상기 측정 결과에 따라서 상기 위상차의 영향을 감소시키기에 적합하게 변화되는 높이를 가지는 장방향이므로, 간이한 구성으로 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 12 형태의 초음파 유량계는 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선은 소정의 방향으로 상기 유량 측정부의 상기 단면의 중심선에 대해서 시프트되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 13 형태의 초음파 유량계는 제 12 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 단면의 중심선은 서로 평행하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 14 형태의 초음파 유량계는 제 12 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 단면의 중심선은 소정의 각도로 교차하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 15 형태의 초음파 유량계는 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나로부터 한 번만 반사되는 반사파의 발생을 저지하기 위해서 상기 유량 측정부 내에 배치되는 구조체를 추가로 포함하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 16 형태의 초음파 유량계는 제 15 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 상기 단면의 중심선은 소정의 각도로 교차하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 17 형태의 초음파 유량계는, 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파에 대한 상기 반사파의 영향을 감소시키기 위한 최소한 하나의 구조체를 추가로 포함하며, 상기 최소한 하나의 구조체는 상기 유량 측정부 내에 배치되므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 18 형태의 초음파 유량계는 제 17 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 구조체는 상기 유량 측정부와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 적어도 하나에 근접하여 있는 최소한 하나의 벽면과의 경계에 배치되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 20 형태의 초음파 유량계는 제 3 형태의 초음파 유량계 에 있어서, 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나가 상기 유량 측정부 내에 배치되므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 21 형태의 초음파 유량계는 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 최소한 하나의 오목부가 상기 유량 측정부에 배치되고, 메시 구조체가 상기 오목부를 덮고 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 22 형태의 초음파 유량계는, 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 최소한 한쪽의 지향성을 나타내는 방향이 소정의 각도로 교차하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 23 형태의 초음파 유량계는, 제 3 형태의 초음파 유량계에 있어서, 상기 유량 측정부의 적어도 상류측에서 상기 유체 흐름의 방향을 정류하기 위한 정류 수단을 추가로 구비하므로, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 제 3 초음파 유량계는 최소한 하나의 벽면에 의해서 한정되고, 그 단면이 형상을 가지는 내부로 유체가 흐르는 유량 측정부와, 양자가 전파 주파수를 가지는 초음파를 서로 송수신하도록 구성되고, 거리를 두고 이격되어 있으며, 상기 초음파가 직접파와 상기 최소한 하나의 벽면 중 하나로부터 반사된 반사파를 가지고, 상기 직접파의 전파 거리와 상기 간접파의 전파 거리의 차이에 대응하는 위상차가 발생하는 한 쌍의 초음파 진동자를 구비하는 유로와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자에 설치되고, 상기 한 쌍의 초음파 진동자간을 전파하는 상기 초음파의 전파 시간을 측정하도록 구성된 계측부와, 상기 계측부에 설치되고, 상기 계측부로부터의 계측 결과의 출력에 근거하여 상기 유량 측정부 내의 상기 유체의 유량을 계산하도록 구성된 계산부를 포함하며, 상기 유로는 상기 초음파의 전파 주파수와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자를 분리하는 거리와, 상기 유량 계측부단면의 형상 중 적어도 하나를 변경시키는 것에 의해, 상기 계측 결과에 대한 상기 직접파와 상기 간접파와의 사이의 위상차의 영향을 감소시키는 구성을 가지므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 4 초음파 유량계는 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심점과 추가적인 점을 연결하여 형성 되는 이등변 삼각형의 이등변을 따라 전파하고, 상기 추가적인 점은 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나 상에 있으며, 상기 3π/2 이상이므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 5 초음파 유량계는 제 3초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 전동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 최소한 하나의 벽면 중의 하나로부터 단지 1 회만 반사되며, 상기 반사파의 전파 시간은 상기 직접파의 전파 시간 보다 길게 되어 있으므로, 유량 측정부내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 6 초음파 유량계는 제 4 초음파 유량계에 있어서, 상기 초음파의 상기 전파 주파수는 270 kHz로 설정되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 7 초음파 유량계는 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심점과 추가적인 점을 연결하여 형성되는 이등변 삼각형의 이등변을 따라 전파하고, 상기 추가적인 점은 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나 상에 있으며, 상기 위상차는 최대 0.2π이므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 8 초음파 유량계는 제 7 초음파 유량계에 있어서, 상기 유량 측정부를 복수의 부분으로 분할하기 위한 최소한 하나의 분할판을 추가로 포함하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 9 초음파 유량계는, 제 8 초음파 유량계에 있어서, 상기 초음파의 상기 전파 주파수는 270 kHz로 설정되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 10 초음파 유량계는, 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 유량 측정부의 단면의 형상은, 상기 측정 결과에 따라서 상기 위상차의 영향을 감소시키기 에 적합하게 변화되는 높이를 가지는 장방향이므로, 간이한 구성으로 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 12 초음파 유량계는 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선은 소정의 방향으로 상기 유량 측정부의 상기 단면의 중심선에 대해서 시프트되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 13 초음파 유량계는 제 12 초음파 유량계에 있어서, 상기 한쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 단면의 중심선은 서로 평행하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 14 초음파 유량계는 제 12 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 단면의 중심선은 소정의 각도로 교차하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 15 초음파 유량계는, 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나로부터 한 번만 반사되는 반사파의 발생을 저지하기 위해서 상기 유량 측정부 내에 배치되는 구조체를 추가 포함하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한 제 16 초음파 유량계는, 제 15 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 상기 단면의 중심선은 소정의 각도로 교차하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 17 초음파 유량계는, 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 직접파에 대한 상기 반사파의 영향을 감소시키기 위한 최소한 하나의 구조체를 추가로 포함하며, 상기 최소하 하나의 구조체는 상기 유량 측정부 내에 배치되므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 18 초음파 유량계는, 제 17 초음파 유량계에 있어서, 상기 구조체는 상기 유량 측정부와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 적어도 하나에 근접하여 있는 최소한 하나의 벽면과의 경계를 배치되어 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 20 초음파 유량계는, 제 3 초음파 유량계에 있어서, 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나가 상기 유량 측정부내에 배치되므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 21 초음파 유량계는, 제 3 초음파 유량계에 있어서, 최소한 하나의 오목부가 상기 유량 측정부에 배치되고, 메시 구조체가 상기 오목부를 덮고 있으므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 22 초음파 유량계는 제 3 초음파 유량계에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 최소한 한쪽의 지향성을 나타내는 방향이 소정의 각도로 교차하므로, 유량 측정부 내에서의 반사파의 영향을 감소시킬 수 있고, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 제 23 초음파 유량계는, 제 3 내지 제 22 초음파 유량계에 있어서, 상기 유량 측정부의 적어도 상류측에서 상기 흐름의 방향을 정류하기 위한 정류수단을 추가로 구비하며, 유량 측정부 내의 흐름의 방향을 균일화할 수 있으며, 더욱 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

Claims

내부에 유체가 흐르며, 최소한 하나의 벽면으로 형성되고, 그 단면이 특정한 형상을 가지는 유량 측정부와,

양자가 단일의 전파 주파수를 가지는 초음파를 서로 송수신하도록 구성되고, 거리를 두고 이격되어 있으며, 상기 초음파는 직접파와 상기 최소한 하나의 벽면 중 하나로부터 반삭된 반사파를 포함하며, 상기 직접파의 전파 거리와 상기 간접파의 전파 거리의 차이에 대응하는 위상차가 발생하게 되는 한 쌍의 초음파 전동자를 구비하는 유로와,

상기 한 쌍의 초음파 진동자에 연결되어, 상기 한 쌍의 초음파 진동자 사이를 전파하는 초음파의 전파 시간을 측정하도록 구성된 계측부와,

상기 계측부에 연결되어, 상기 계측부로부터의 계측 결과의 출력에 근거하여 상기 유량 측정부 내의 상기 유체의 유량을 계산하도록 구성된 계산부를 포함하며,

상기 유로는 상기 초음파의 전파 주파수와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자를 분리하는 거리와, 상기 유량 계측부의 단면이 형상 중 적어도 하나를 변경하여, 상기 계측 결과에 대한 상기 직접파와 상기 간접파 사이의 위상차의 영향을 감소시키도록 구성된 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심점과 추가적인 점을 연결하여 형성되는 이등변 삼각형의 이등변을 따라 전파하고, 상기 추가적인 점은 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나 상에 있으며, 상기 위상차는 3π/2 이상인 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 최소한 하나의 벽면 중의 하나로부터 단지 1회만 반사되며, 상기 반사파의 전파 시간은 상기 직접파의 전파 시간 보다 길게 되어 있는 초음파 유량계.
제 2 항에 있어서, 상기 초음파의 상기 전파 주파수는 270kHz로 설정 되어 있는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 직접파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심을 연결하는 직선을 따라 전파하며, 상기 반사파는 상기 한 쌍의 초음파 진동자 각각의 중심점과 추가적인 점을 연결하여 형성되는 이등변 삼각형의 이등변을 따라 전파하고, 상기 추가적인 점은 상기 최소한 하나의 벽면 중에 하나 상에 있으며, 상기 위상차는 0.2π인 초음파 유량계.
제 5 항에 있어서, 상기 유량 측정부를 복수의 부분으로 분할하기 위한 최소한 하나의 분할판을 추가로 포함하는 초음파 유량계.
제 6 항에 있어서, 상기 초음파의 상기 전파 주파수는 270kHz로 설정되어 있는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 유량 측정부의 단면 형상은, 상기 측정 결과에 따라서 상기 위상차의 영향을 감소시키기에 적합하게 변화되는 높이를 가지는 장방형인 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선은 소정의 방향으로 상기 유량 측정부의 단면의 중심선에 대해서 시프트된 초음파 유량계.
제 9 항에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 단면의 중심선은 서로 평행한 초음파 유량계.
제 9 항에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 단면의 소정의 각도로 교차하는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 최소한 하나의 벽면 중의 하나로부터 한 번만 반사되는 반사파의 발생을 저지하기 위해서 상기 유량 측정부 내에 배치되는 구조체를추가로 포함하는 초음파 유량계.
제 12 항에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 유량 측정부의 상기 단면의 중심선은 소정의 각도로 교차하는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 직접파에 대한 상기 반사파의 영향을 감소시키기 위한 최소한 하나의 구조체를 추가로 포함하며, 상기 최소한 하나의 구조체는 상기 유량 측정부 내에 배치되는 초음파 유량계.
제 14 항에 있어서, 상기 구조체는 상기 유량 측정부와, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 적어도 하나에 근접하여 있는 최소한 하나의 벽면과 경계에 배치되는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나가 상기 유량 측정부 내에 배치된 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 최소한 하나의 오목부가 상기 유량 측정부에 배치되고, 메시 구조체가 상기 오목부를 덮고 있는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 각각의 중심을 연결하는 선과 상기 한 쌍의 초음파 진동자의 최소한 한쪽의 지향성을 나타내는 방향이 소정의 각도로 교차하는 초음파 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 유량 측정부의 적어도 상류측에서 상기 유체 흐름의 방향을 정류하기 위한 정류 수단을 추가로 구비하는 초음파 유량계.