KR100861827B1 - 초음파 유량계와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

1쌍의 초음파 진동자를 갖는 계측 유로를, 분할 부재로 구획된 본(本) 유로 내의 소(小) 유로의 일부에 마련하고, 계측 유로의 유량과 면적비로부터 본 유로의 전체 유량을 연산한다. 소 유로, 계측 유로는 본 유로 내에 유체의 흐름 방향과 평행하게 배치되어 있다. 이 구성에 의해 본 유로 내를 흐르는 유체는 분할 부재를 따라 흘러 불규칙한 소용돌이나 정체점을 형성하는 일이 없다. 또한 1쌍의 초음파 진동자 사이의 거리는 크게 할 필요가 없어, 저소비 전력으로 고정밀도의 초음파 유량계를 제공할 수 있다.

Description

초음파 유량계와 그 제조 방법{ULTRASONIC FLOW METER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초음파 유량계의 정면 단면도,

도 2는 도 1에 나타내는 초음파 유량계의 측면 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예 2에서의 초음파 유량계의 측면 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 초음파 유량계의 측면 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 초음파 유량계의 정면 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예 5에 있어서의 초음파 유량계의 측면 단면도,

도 7은 본 발명의 실시예 6에 있어서의 초음파 유량계의 정면 단면도,

도 8은 본 발명의 실시예 7에 따른 초음파 유량계의 측면 단면도,

도 9는 도 8에 나타내는 초음파 유량계의 정면 단면도,

도 10은 도 8에 나타내는 초음파 유량계의 평면 단면도,

도 11은 도 8에 나타내는 초음파 유량계의 중계 단자의 평면도,

도 12는 도 11에 나타내는 중계 단자의 단면도,

도 13은 본 발명의 실시예 7에 따른 다른 초음파 유량계의 주요부 측면 단면도,

도 14a는 본 발명의 실시예 8에 따른 초음파 유량계의 단면도,

도 14b는 도 14a의 주요부 확대 단면도,

도 15는 본 발명의 실시예 9에 따른 초음파 유량계의 중계 단자의 단면도,

도 16은 본 발명의 실시예 9에 따른 초음파 유량계의 중계 단자에 이용하는 핀의 사시도,

도 17은 종래의 초음파 유량계의 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7, 9 : 조임부 8 : 팽창부

10 : 본(本) 유로 11 : 소(小) 유로

12 : 계측 유로 13 : 분할 부재

14A, 14B : 초음파 진동자

본 발명은 초음파를 이용하여 가스·물 등의 유체의 유량을 계측하는 초음파 유량계와 그 제조 방법에 관한 것이다.

일본 특허 공개 소화 제 60-115810 호 공보는 도 17에 나타내는 바와 같은 종래의 초음파 유량계를 개시하고 있다. 직각으로 굽은 굴곡부(2, 3)는 유로(1)의 상류와 하류에 마련되고, 1쌍의 초음파 진동자(이하, 진동자)(4, 5)가 굴곡부(2, 3)의 벽면 외측에 각각 고착되어 있다. 도면 중 화살표는 유체의 흐름 방향을 나타낸다. 이러한 구성에 의해, 상류측의 진동자(4)로부터 유체의 흐름 방향과 평행하게 초음파를 발신한다. 이 초음파를 하류측의 진동자(5)에서 수신하고, 진동자(4)로부터 진동자(5)로의 초음파의 전파 시간을 계측한다. 또한, 반대로 진동자(5)로부터 역류하여 초음파를 발신하고, 이 초음파를 진동자(4)에서 수신하여, 진동자(5)로부터 진동자(4)로의 초음파의 전파 시간을 계측한다. 그리고, 이 2개의 전파 시간으로부터 유로(1)를 흐르는 유체가 평균적인 유속을 연산하여, 미리 알고 있는 유로(1)의 단면적 등으로부터 유체의 유량을 계측한다.

그러나, 이 초음파 유량계로서는 굴곡부(2, 3) 등으로 유체 중에 소용돌이가 불규칙하게 발생하거나, 유로(1) 내에 불규칙하게 정체점 등이 발생하기도 하여, 유량 계측에 오차를 발생한다. 또, 대(大) 유량을 흘리면 유체의 흐름에 의해 초음파 진동의 전파 경로가 굽어져 수신 감도가 저하한다. 또한, 대 유량을 흘리면 계측 유로의 단면적이 작기 때문에, 압력 손실이 증대하여 소요의 유량을 흘릴 수 없다. 이 대책으로서 계측 유로의 단면적을 크게 하면, 초음파 진동자 사이의 거리가 커져 큰 출력으로 발신시키지 않으면 안되어 소비 전류가 커진다.

본 발명의 초음파 유량계는, 유체가 흐르는 관 형상의 본 유로와, 본 유로 내를 복수의 소 유로로 분할하는 분할 부재를 갖고, 소 유로의 일부에 계측 유로가 마련되어 있다. 그리고 계측 유로 측면에는, 유체의 흐름 방향에 대하여 비스듬하게, 초음파를 송수신하는 1쌍의 초음파 진동자가 마련되어 있다. 이 구성에 의해 유로 내를 흐르는 유체의 일부 유량을 계측함으로써 본 유로를 흐르는 유체의 전체 유량을 연산하여 구할 수 있다. 또한, 본 유로와 계측 유로는 유체의 공급 배관과 평행하게 배치 접속되기 때문에, 유체의 흐름을 어지럽히는 일이 없다. 따라서, 보다 고정밀도로 유량 계측을 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 각 실시예에 있어서, 선행하는 실시예와 마찬가지의 구성을 이루는 것에는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이들 실시예에 의해서 본 발명이 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1)

도 1, 도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 초음파 유량계의 정면 단면도와 측면 단면도이다. 유체가 흐르는 본 유로(10)는 전장 300㎜이고, 유량을 계측하기 위한 중앙부 직경 115㎜, 길이 135㎜의 팽창부(8)와, 상류, 하류의 조임부(7, 9)를 갖는다. 본 유로(10) 중에는 판 압력 0.5㎜의 분할 부재(13)가 마련되고, 본 유로(10)가 격자 형상으로 분할되어 소 유로(11)가 형성되며, 소 유로(11)의 일부 에 계측 유로(12)가 마련되어 있다. 계측 유로(12)의 단면은 세로 15㎜, 가로 22㎜의 직사각형이며, 세로의 대향하는 면에, 유로에 대하여 비스듬하게 1쌍의 초음파 진동자(이하, 진동자)(14A, 14B)가 마련되어 있다. 분할 부재(13)는 스테인레스 또는 알루미늄으로, 계측 유로(12)를 구성하는 분할 부재(13)는 알루미늄으로 이루어진다. 분할 부재(13)는 복수의 평판을 조합하여 구성하더라도, 일체적으로 구성하더라도 된다. 또한 계측 유로(12)를 구성하는 부분과 그 외의 소 유로(11)를 구성하는 부분을 따로따로 형성하더라도 된다. 계측 유로(12) 내에서, 대향하여 마련된 진동자(14A, 14B)의 직경은 10㎜이다. 초음파 진동자 구동용의 배선(15)은 진동자(14A, 14B)와 본 유로(10)의 외부에 마련된 유량 검출부(21)를 전기적으로 접속하고 있어, 유체의 흐름에 의해 배선이 진동하지 않도록 고정되어 있다. 또, 본 실시예로 이용하는 초음파 진동자의 구동 주파수는 100∼600㎑이다.

이상의 구성에서 유량을 측정하는 경우, 상류측의 진동자(14A)에서 유체의 흐름 방향을 따라서 초음파를 발신한다. 이 초음파를 하류측의 진동자(14B)에서 수신하여, 진동자(14A)로부터 진동자(14B)로의 초음파의 전파 시간을 유량 검출부(21)가 계측한다. 또한, 반대로 진동자(14B)로부터 역류하여 초음파를 발신하고, 이 초음파를 진동자(14A)에서 수신하여, 진동자(14B)로부터 진동자(14A)로의 초음파의 전파 시간을 계측한다. 그리고, 이 2개의 전파 시간으로부터 계측 유로(12)를 흐르는 유체의 평균적인 유속을 연산하여, 미리 알고 있는 계측 유로(12)와 본 유로(10)의 각각의 단면적이나 진동자(14A, 14B)를 연결하는 축선(軸線)과 유체의 흐름 방향과의 경사 등으로부터 유량 검출부(21)가 유체의 유량을 산출한다.

이와 같이, 흐름에 평행하게 분할 부재(13)를 마련하는 것에 의해 계측 유로(12)는 대형화되지 않는다. 또한 초음파 진동자(14A, 14B)의 감도도 저하하지 않고 소비 전류도 증대되지 않는다. 또한 유체 중에 불규칙한 소용돌이의 발생이나 정체점 등이 발생하지 않아, 안정하고 고정밀도로 유량 계측을 할 수 있다. 이 구성에 의해, 0.1㎥/h 정도의 소 유량으로부터 300㎥/h의 대 유량까지 넓은 유량 범위에 걸쳐 양호한 재현성으로 유량 계측이 가능한 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또, 소 유로(11)의 단면적과 계측 유로(12)의 단면적은 거의 동일한 크기로 설정되어 있으면, 각 소 유로(11)의 유량과 계측 유로(12)의 유량은 대략 동일하게 된다. 이 경우, 전체 유로와 계측 유로(12)와의 면적비 2를 곱하는 것에 의해 전체 유량이 용이하게 계측된다. 또한, 계측 유로(12)의 단면은 직사각형 형상으로서 짧은 변의 면에 초음파 진동자가 마련되고, 긴 변이 수평 방향으로 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 즉 분할 부재(13)가 격자 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로서는, 계측 유로(12) 내에서의 자연 대류가 적어져, 본 유로(10)에 유체가 흐르고 있지 않을 때에 진동자(14A, 14B)가 유량을 잘못 검출하지 않는다. 그 때문에, 신뢰성이 높은 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 본 유로(10)는, 분할 부재(13)나 계측 유로(12)를 내장하는 중앙부가 입구, 출구보다 큰 팽창부(8)를 갖는 것이 바람직하다. 본 유로(10)의 내경이 모두 접속 배관의 내경과 동일하면 분할 부재(13)나 계측 유로(12)의 단면 적분 유효 개구 면적이 감소하여 압력 손실이 증대한다. 또는, 계측 유로(12) 내의 유속이 증가하여 계측 가능 범위를 초과해 버린다. 그 때문에 계측 유로(12)를 내장하는 중앙부 내경을 크게 하는 것에 의해 소요 단면적을 확보하여, 압력 손실의 증가를 억제해서 계측 가능한 유속 이하로 된다.

다음에 이러한 초음파 유량계의 제조 방법에 대하여 간단히 설명한다. 먼저, 유체가 흐르는 관 형상의 본 유로(10)를, 알루미늄의 다이캐스트 성형에 의해 형성한다. 다음에, 복수의 분할 부재(13)를 본 유로(10)의 흐름 방향에 평행하게 부착하고, 팽창부(8) 내에 계측 유로(12)를 포함하는 복수의 소 유로(11)를 형성한다. 이 때, 계측 유로(12)를 형성하고, 세로의 대향하는 분할 부재(13)에는 미리 진동자(14A, 14B)를, 유로에 대하여 비스듬하게 부착해 두고, 계측 유로(12)를 형성할 때에 대향시킨다. 이 후, 하류측에, 미리 수지 성형에 의해 형성된 조임부(9)를 부착한다. 그리고 본 유로(10)의 외부에 유량 검출부(21)를 부착하여, 진동자(14A, 14B)와 전기적으로 접속한다.

이 때, 본 유로(10)와 분할 격자(13)의 일부를, 알루미늄의 압출 성형에 의해 일체적으로 형성하더라도 된다. 또한, 알루미늄 성형으로 본 유로(10)를 형성하는 경우, 조임부(7, 9)는 동일 형상으로, 본 유로(10)와는 다른 부품으로서 형성하여도 된다. 압출 성형에서는, 다이스만으로 임의의 형상으로 성형할 수 있기 때문에, 대량으로 저렴하게 가공할 수 있다. 따라서, 신뢰성이 높은 초음파 유량계가 저렴하게 얻어진다.

(실시예 2)

도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 초음파 유량계의 측면 단면도이 다. 본 실시예와 실시예 1의 차이점은, 계측 유로(12)를 형성하는 이외의 분할 부재(14)가 방사 형상으로 형성되어 있는 점이다. 또, 분할 부재(14)의 두께는 1∼2㎜ 정도로 하고, 본 유로(10)로부터 일체적으로 반경 방향의 중심 방향으로 연장되어 있다. 그 이외에는 도 1에서 나타낸 초음파 유량계와 동일한 구성이다.

이러한 구성이라도, 계측 유로(12)는 대형화되지 않는다. 또한 초음파 진동자(14A, 14B)의 감도도 저하하지 않고 소비 전류도 증대하지 않는다. 또한 유체 중에 불규칙한 소용돌이의 발생이나 정체점 등이 발생하지 않고, 안정하게 고정밀도로 유량 계측을 할 수 있다.

또, 유체가 흐르는 관 형상의 본 유로(10)와 분할 격자(14)는, 실시예 1과 마찬가지로, 알루미늄의 압출 성형에 의해 일체적으로 형성하는 것이 바람직하다. 반경 방향의 중심부로 향하여 형성된 복수의 분할 격자(14)의 선단이 계측 유로(12)를 형성하는 분할 격자(13)를 유지하여 소정의 위치에 배치하고 있다. 압출 성형에서는 다이스만으로 임의의 형상으로 성형할 수 있기 때문에, 대량으로 저렴하게 가공할 수 있다.

(실시예 3)

도 4는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 초음파 유량계의 측면 단면도이다. 본 실시예와 실시예 1의 차이점은, 계측 유로(12)가 본 유로(10)의 중심보다 위쪽에 편심하여, 본 유로(10)의 평균 유속을 갖는 위치에 마련된 점이다. 그 이외에는 도 1에서 나타낸 초음파 유량계와 동일한 구성이다.

통상, 본 유로(10)에 접속되는 공급 배관 길이가 길면, 본 유로(10)의 입구의 유속 분포는 중심부가 외주부에 대하여 빠르게 된다. 즉 중심부로부터 외주부 사이에 본 유로(10)의 평균 유속을 나타내는 위치가 존재한다. 따라서, 본 실시예에서는 이 위치에 계측 유로(12)를 편심시킴으로써 본 유로(10)의 평균 유속을 계측한다. 그 때문에, 본 구성에서는 고정밀도로 유량이 측정된다.

또, 계측 유로(12)의 단면적은 본 유로(10)의 단면적의 약 1/15∼1/30 이하로 한다. 계측 유로(12)에서 본 유로(10)의 평균 유속이 계측되어, 계측 유로(12)와 본 유로(10)의 면적비가 결정되면, 본 유로(10)를 흐르는 유체의 전체 유량을 계측할 수 있다. 이에 의해, 흐름에 불규칙한 소용돌이의 발생이나 정체점의 발생도 없고, 매끄러운 흐름을 얻을 수 있어, 안정한 계측을 할 수 있어, 광범위한 유량 영역에서, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 초음파 진동자(14A, 14B)를 갖는 계측 유로(12)를 본 유로(10) 중에 마련하고, 분할 부재(13)를 금속 등의 도전성 재료로 구성한다. 이 구성에 의해, 초음파 진동자(14A, 14B)는 전기적으로 차폐되어, 전자파 잡음에 강해진다. 이에 따라, 전기적 잡음의 영향이 대폭 저감하여, 초음파 유량계가 고안정화된다.

통상, 초음파 진동자의 송신측은 고전압, 고주파의 펄스로 구동된다. 그 때문에, 수신측의 초음파 진동자에는 전자파로서의 전기적 잡음이 들어가기 쉬워, 계측 회로가 복잡하게 되는 등 미소한 유량을 고정밀도로 계측하는 것이 곤란하다. 그러나, 본 실시예와 같이, 송수신하는 초음파 진동자를 전기적 차폐하는 구성에 의해, 저잡음화가 가능해져, 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다. 이 효과 는 다른 실시예에서도 마찬가지로 발휘된다.

(실시예 4)

도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 초음파 유량계의 정면 단면도이다. 본 실시예와 실시예 1의 차이점은, 계측 유로(12)의 입구에, 계측 유로(12)에 들어가는 유체의 내외의 비율을 조정하는 경사 부재(12A)를 마련하고 있는 점이다. 그 이외에는 도 1에서 나타낸 초음파 유량계와 마찬가지의 구성이다. 이 구성에 의해, 저유량이라도 계측 유로(12)에 유체가 유입되기 쉽다.

따라서, 소 유량으로부터 대 유량까지 일정한 비율로 계측 유로(12)에 유체가 흐르기 때문에, 일정한 면적비를 곱하는 것에 의해, 고정밀도로 본 유로(10)의 전체 유량을 계측할 수 있다.

(실시예 5)

도 6은 본 발명의 실시예 5에 따른 초음파 유량계의 측면 단면도이다. 본 실시예와 실시예 1의 차이점은, 분할 부재(13)에 의해서 구성된 복수의 소 유로(11) 내에, 일부를 폐색(閉塞)하여 폐지부(閉止部)(16)를 구성하고 있는 점이다. 그리고, 초음파 진동자와 본 유로(10)의 외부에 배치된 유량 검출부(21)를 접속하는 배선(15)은 폐색부(16)를 통과한다. 그 이외에는 도 1에서 나타낸 초음파 유량계와 마찬가지의 구성이다.

예컨대, 분할 부재(13)에 의해서 구성되는 소 유로(11)의 일부를 4∼5㎜ 폭 으로서 이 일단(一端)을 폐색하여 폐색부(16)를 구성하고, 극간에 배선(15)을 삽입한다. 폐지부(16)에 배선(15)을 통과시킴으로써 유체에 의해, 배선(15)이 진동하여 접속부 등이 단선되는 것이 방지되어, 신뢰성이 높은 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 계측 유로(12)의 흐름 방향의 길이와, 분할 부재(13)에 의해서 구성된 복수의 소 유로(11)의 길이를 거의 동일하게 하는 것이 바람직하다. 예컨대 계측 유로(12)의 길이가 130㎜인 경우, 소 유로의 길이를 110㎜∼150㎜로 한다. 이에 의해, 계측 유로(12)와 소 유로(11)의 압력 손실의 밸런스가 유지되고, 유속은 거의 동일하게 되어, 신뢰성이 높은 초음파 유량계를 얻을 수 있다. 이 효과는 다른 실시예에서도 마찬가지로 발휘된다.

(실시예 6)

도 7은 본 발명의 실시예 6에 따른 초음파 유량계의 정면 단면도이다. 본 실시예와 실시예 1의 차이점은, 본 유로(10) 중앙부의 팽창부(17)의 하부에 드레인(18)이 마련되어 있는 점이다. 그 이외에는 도 1에서 나타낸 초음파 유량계와 마찬가지의 구성이다.

공급 가스 중에는, 진애(塵埃) 외에, 타르분, 수분이 포함되어 있고 배관 내의 돌기, 장해물에 부착되어, 장기간 사용에 의해 이들 부착물이 계측 성능에 영향을 준다. 팽창부(17)의 하부에 드레인(18)을 마련하면, 초음파 유량계를 분해하는 일없이 정기적으로 이들 부착물을 배출할 수 있다. 그 때문에, 장기간에 걸쳐 신 뢰성이 높은 계측을 행할 수 있는 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

(실시예 7)

도 8은 본 발명의 실시예 7에 따른 초음파 유량계의 측면 단면도, 도 9는 정면 단면도, 도 10은 평면 단면도, 도 11, 도 12는 중계 단자의 평면도, 단면도를 나타낸다. 본 실시예와 실시예 1의 차이점은 유량 검지부(21)와 초음파 진동자(14A, 14B)의 접속 방법이다. 그 이외의 구성은 기본적으로 실시예 1과 마찬가지이다.

즉, 본 유로(10)는 전장(全長) 300㎜이며, 유량을 계측하는 중앙부 직경 125㎜, 길이 135㎜의 팽창부(17)와, 상류, 하류의 조임부(7, 9)를 갖는다. 상류의 조임부(7)는 본 유로(10)와 일체적으로 알루미늄 다이캐스트 또는 주철로 구성되고, 하류의 조임부(9)는 폴리옥시메틸렌(P0M) 등의 수지제이다. 또, 조임부(7)도 조임부(9)와 마찬가지로 별체로 하여도 무방하다. 본 유로(10) 중은 판 두께 0.5㎜의 분할 부재(13)로 격자 형상으로 분할되어, 이들 소 유로(11)의 일부에 계측 유로(12)가 마련되어 있다. 계측 유로(12)의 단면은 세로 15㎜, 가로 22㎜의 직사각형이며, 세로의 대향하는 면에, 유로에 대하여 비스듬하게 1쌍의 초음파 진동자(이하, 진동자)(14A, 14B)가 마련되어 있다. 계측 유로(12)를 구성하는 분할 부재(13)는 알루미늄으로, 그 이외의 격자 형상의 분할 부재(13)는 스테인레스로 구성되어 있다.

또, 도면 중 화살표는 유체가 흐르는 방향을 나타낸다. 진동자(14A, 14B)의 직경은 10㎜이다. 초음파 진동자 구동용의 신호선(25, 26)은 유체의 흐름에 의해 진동하지 않도록 분할 부재(13)로 샌드위치된 파이프(27) 내를 통해 배선되어 있다.

유량 검출부(21)는 본 유로(10)의 외측에 마련되어 있다. 유량 검출부(21)는 진동자(14A, 14B) 사이의 초음파의 전파 시간을 계측하는 계시부(21A)와 유량 검출 회로부(21B)를 갖는 프린트 기판(39)을 포함한다. 프린트 기판(39)의 커넥터(29)에는, 중계 단자(38A)의 핀(28)이 삽입되고, 핀(28)이 프린트 기판(39)에 직접 접속되어 있다. 본 유로(10)의 내측에서는, 핀(28)의 타단과, 초음파 진동자(14A, 14B)의 신호선(25, 26)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 중계 단자(38A)에 마련된 핀(28)은 4개이고, 1쌍의 초음파 진동자(14A, 14B)의 4개의 리드선을 1개소에 집약하여 접속하고 있기 때문에 작업성이 우수하다. 또한, 중계 단자(38A)는 1개로 끝나기 때문에, 밀봉 부분도 1개소로 되어, 조립 공정수가 적아 저렴하게 된다. 비용면에서 유리함과 동시에 누수에 대한 신뢰성도 높아진다.

또한, 중계 단자(38A)는 거의 수평으로 설치되는 본 유로(10)의 상부에 마련된 관통 구멍(37)을 밀폐하여 덮고 있다. 공급 배관 중인 진애, 껌분, 물방울 등이 본 유로(10)의 내면이나 계측 유로(12)에 부착되거나, 하부에 퇴적하거나 하는 경우가 있다. 그러한 경우에도, 단자부가 상부에 있기 때문에, 진애, 껌분, 물방울 등이 단자부에 부착되기 어려워, 분해되는 일없이 장기간에 걸쳐 신뢰성이 높은 계측을 할 수 있는 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

도 6을 이용하여 설명한 실시예 5에서는 배선(15)이 폐지부(16)를 통하고 있 지만, 본 유로(10)의 기밀성을 확보하기 위해서, 본 유로(10)나 폐지부(16)에 마련한 관통 구멍에 밀봉재 등을 도포할 필요가 있다. 그러나, 초음파 진동자(14A, 14B)를 교환할 필요가 발생한 경우, 이 밀봉재를 제거하여 배선을 빼고 교환 후, 재도포해야만 한다. 또는, 배선(15)을 구성하는 코아선과 피복 사이에서 유체가 리크되기 때문에, 기밀을 유지할 수 없을 가능성이 있다. 이에 반하여, 이 구성에서는, 초음파 진동자(14A, 14B)를 교환하기 쉽다. 또한, 0.1MPa의 내압이 가해지더라도 누설이 없고, 0.1㎥/h 정도의 소 유량으로부터 300㎥/h의 대유량까지 넓은 유량 범위에 걸쳐, 양호한 재현성으로 안전하게 유량 계측할 수 있는 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또, 중계 단자(38A)에서는, 스테인레스 등의 금속 베이스로 이루어지는 플랜지(30)에 마련된 관통 구멍에 관통시킨 복수의 핀(28)이 소정의 거리를 유지한 특수 유리로 봉착되어 있다. 즉, 핀(28)은 기밀성, 내압성을 갖게 한 봉착용 유리(31)로 밀봉되어 있다. 중계 단자(38A)는 유리 봉착되어 있기 때문에, 기밀성이 우수하여 1×10^-10Pa·㎥/sec 이하의 기밀성으로 내열성, 내진성도 우수하며, 가혹한 환경 하에서의 사용이 가능하다. 또한, 본 유로(10)의 관통 구멍 외주에는 플랜지(30)의 외주보다 약간 내측에 홈이 마련되고, 패킹으로서의 O링(36)을 거쳐서 본 유로(10)와 기밀하게 고정되어 있다.

또한, 밀봉재로서 유리를 이용하는 것에 의해 핀간 치수, 핀의 교체 등, 핀의 치수 정밀도를 확보할 수 있다. 중계 단자(38A)의 표리(表裏)에 돌출한 핀(28) 의 외측단은 프린트 기판(39)에 마련된 구멍에 뒤편에서 삽입되어 프린트 기판(39)의 앞측에 마련된 커넥터(29)와 전기적으로 접속되어 있다. 핀(28)과 커넥터(29)는 리드선으로 접속하더라도 무방하다. 또한, 핀(28)의 타단과 초음파 진동자(14A, 14B)는 리드선으로 접속되어 있다. 이 구성에 의해 기밀성을 확보하면서 전기적으로 접속된다. 복수의 핀(28)은 각 핀간 거리, 및 각 핀과 플랜지(30)의 거리가 동일하게 되도록 배치되어 있다. 또, 플랜지(30)의 두께는 1.5∼3㎜ 정도로 하고, 각 핀의 외경은 1㎜ 정도로 한다.

이러한 구성에 의해, 실시예 1과 마찬가지로, 계측 유로(12)는 대형화하지 않고, 초음파 진동자(14A, 14B)의 감도 저하가 없어 소비 전류도 증대한 일이 없다. 또한, 유리는 물성적으로 안정하여 장기간에 걸쳐 안정하고 고정밀도로 유량 계측을 할 수 있다. 즉, 봉착용 유리(31)에 의한 밀봉의 기밀 봉착에 의해 장기간에 걸쳐 고신뢰성으로 누설 발생의 불량이 적은 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또한, 중계 단자(38A)가 본 유로(10)의 외측에 마련되고, 적어도 계시부(21A)와 유량 검출 회로부(21B)와 중계 단자(38A)를 덮는 기밀성을 갖는 케이스(35)가 마련되어 있다. 케이스(35)는 본 유로(10)와 패킹(34)을 거쳐서 기밀하게 마련되어 있다. 그 때문에, 만일 중계 단자(38A) 또는 중계 단자(38A) 부착 밀봉면으로부터 누설이 발생하더라도 케이스(35)에 의해 외부로의 누출이 방지된다. 이러한 용장(冗長) 설계에 의해, 보다 안전성을 향상시킨 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

또, 본 실시예에 있어서, 핀(28)이 연장하여 직접 프린트 기판(39)과 전기적 으로 접속되어 있지만, 도 13에 나타내는 중계 단자(38B)와 같이, 핀(28)에 접속된 리드선(40, 41)을 이용하여 프린트 기판(39)과 접속하면, 핀(28)과 프린트 기판(39)의 위치 관계를 고정할 필요가 없어, 배치의 자유도가 높아진다.

(실시예 8)

도 14a는 본 발명의 실시예 8에 따른 초음파 유량계의 중계 단자(38C)를 나타낸다. 도 14b는 그 주요부 확대 단면도이다. 중계 단자(38C)는 계시부(21A)와 유량 검출 회로부(21B)를 갖는 프린트 기판(39)의 일부에 일체적으로 마련되고, 핀(28)은 프린트 기판(39)의 스루홀(51) 및 표리의 랜드(52)에 압입(壓入)되어 있다. 이 구성에서는, 핀(28)을 프린트 기판(39)에 접속하는 땜납(55)이 밀봉재로서 기능한다. 이 구성에서는, 중계 단자(38C)와 프린트 기판(39)을 접속하는 리드선이 불필요하게 된다. 리드선이 길면 수신측의 초음파 진동자에 전자파로서의 전기적 잡음이 들어가기 쉬워, 잡음 방지, S/N비 향상을 위한 대책이 필요하게 되어 계측 회로가 복잡하게 되는 등 미소한 유량을 고정밀도로 계측하는 것이 곤란하다. 이에 반하여, 본 실시예와 같이, 리드선의 길이를 짧게 하는 구성을 취하는 것에 의해, 송수신하는 초음파 진동자가 받는 전기적 잡음이 작아진다. 그 때문에, 저잡음으로 되어 고정밀도의 초음파 유량계를 얻을 수 있다.

(실시예 9)

도 15는 본 발명의 실시예 9에 따른 초음파 유량계의 중계 단자(38D)의 단면 을 나타낸다. 복수의 핀(28)은 플랜지(30)에, 클로로프렌 고무, NBR(아크릴로니트릴·브타디엔 고무) 등의 고무(32)로 녹임 접착에 의해 봉착되어 있다. 이러한 구성에 의해, 기밀성과 전기적 접속이 양립된다. 이 구성은 저렴한 금형으로 제작이 가능하고, 생산 수량이 적은 경우도 저렴한 비용으로 생산하고 쉽다.

또한, 핀(28)의 부착부의 구멍(53)에 버링 가공(30A)을 실시함으로써, 밀봉재인 고무(32)의 충전(充塡) 두께를 두껍게 할 수 있어, 기밀성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 밀봉재가 넓어지는 면(54)을 가스압(압력)이 걸리는 본 유로(10)측에 배치하면, 가스의 압력을 이용하여 더욱 기밀성이 향상된다.

또, 도 16에 도시하는 바와 같이 복수의 핀(28)의 표면에, 미세한 로렛 가공(33)이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 핀(28)의 표면과 고무(32)의 친화성, 밀착성이 더욱 향상하여, 핀(28)의 축 방향 및 원주 방향의 외력에 대하여 강도가 높아진다. 따라서, 기밀성이 확실하고 누설이 없어 신뢰성이 높은 초음파 유량계를 얻을 수 있다. 로렛 가공(33)을 실시예 7에서의 핀(28)에 적용하더라도 핀(28)과 봉착용 유리(31)의 친화성, 밀착성이 향상하기 때문에 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 초음파 유량계는, 소 유로의 일부에 마련한 계측 유로의 유속을 계측하여, 대구경의 본 유로의 전체 유량을 연산해서 산출한다. 그 때문에, 계측 유로는 대형화하지 않고, 초음파 진동자의 감도 저하가 없으며 소 비 전류도 증대하는 일이 없다. 또한, 유체 중에 불규칙한 소용돌이의 발생이나 정체점 등의 발생이 없어져, 안정하게 유량 계측을 할 수 있는 고정밀도의 초음파 유량계를 제공할 수 있다. 이 초음파 유량계는 초음파를 이용하여 가스·물 등의 유체의 유량을 계측하는 데 유용하다.

Claims (17)

1. 유체가 흐르는 관 형상의 본(本) 유로와,

   상기 본 유로 내에 유체의 흐름 방향에 평행하게 마련한 계측 유로와,

   상기 계측 유로의 측면에 유체의 흐름 방향에 대하여 비스듬하게 마련되어 초음파를 송수신하는 1쌍의 초음파 진동자와,

   상기 본 유로의 외부에 마련되어, 상기 초음파 진동자간의 초음파의 전파 시간을 계측하여 상기 계측 유로를 흐르는 유량을 검출하는 유량 검출부와,

   상기 계측 유로를 상기 본 유로 내에 지지함과 아울러, 상기 본 유로를 복수의 소(小) 유로로 분할하는 분할 부재와,

   상기 1쌍의 초음파 진동자와 상기 유량 검출부를 접속하는 배선과,

   상기 분할 부재에 의해서 구성된 상기 복수의 소 유로 내에, 상기 배선이 통과하는 소 유로를 폐색(閉塞)하여 마련된 폐지부(閉止部)

   를 구비한 초음파 유량계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할 부재가 격자 형상과 방사 형상 중 어느 하나로 형성된 초음파 유량계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 본 유로가 실질적으로 수평으로 설치되고, 상기 계측 유로는 상기 본 유로의 중심으로부터, 상기 본 유로의 평균 유속을 갖는 위치에 편심하여 마련된 초음파 유량계.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 계측 유로의 입구에 마련되고, 상기 계측 유로에 들어가는 유체의 내외의 비율을 조정하는 경사부를 더 구비한 초음파 유량계.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 계측 유로의 흐름 방향의 길이와, 상기 복수의 소 유로의 길이가 실질적으로 동일한 초음파 유량계.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 본 유로는 상기 분할 부재와 상기 계측 유로를 내장하는 중앙부에, 입구, 출구보다 내경이 큰 팽창부를 갖는 초음파 유량계.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 본 유로가 실질적으로 수평으로 설치되고, 상기 팽창부의 하부에 마련된 드레인을 더 구비한 초음파 유량계.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 소 유로의 단면적과 상기 계측 유로의 단면적이 실질적으로 동일한 초음파 유량계.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 계측 유로의 단면은 직사각형 형상이며, 짧은 변의 면에 상기 초음파 진동자가 배치된 초음파 유량계.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 본 유로를 관통하여 마련된 제 1 관통 구멍을 폐색하는 플랜지와,

    상기 플랜지에 마련된 제 2 관통 구멍을 관통하여 마련된 복수의 핀과,

    상기 핀을 상기 플랜지에 고정하는 밀봉재를 갖는 중계 단자를 더 구비하며,

    상기 유량 검출부가 상기 본 유로의 외측에 배치되고, 상기 중계 단자를 거쳐서 상기 초음파 진동자와 전기적으로 접속된

    초음파 유량계.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 유량 검출부는 프린트 기판을 갖고,

    상기 플랜지가 상기 프린트 기판으로 구성되고, 상기 밀봉재가 땜납으로 구성되며, 상기 복수의 핀은 상기 프린트 기판에 마련된 스루홀에 삽입된

    초음파 유량계.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 밀봉재는 봉착용 유리와 고무재 중 어느 하나인 초음파 유량계.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 복수의 핀의 표면에 미세한 로렛 가공이 실시된 초음파 유량계.
15. 제 11 항에 있어서,

    상기 중계 단자는 상기 본 유로의 외측에 마련되고,

    상기 중계 단자를 적어도 덮고, 상기 본 유로와 기밀하게 마련된 케이스를 더 구비한

    초음파 유량계.
16. A) 유체가 흐르는 관 형상의 본 유로를 알루미늄에 의해 형성하는 단계와,

    B) 계측 유로를 포함하는 복수의 소 유로를 형성하는 분할 부재 중, 상기 계측 유로를 형성하는 부분에 1쌍의 초음파 진동자를 부착하는 단계와,

    C) 상기 분할 부재를 상기 본 유로의 흐름 방향에 평행하게 부착하는 단계와,

    D) 상기 본 유로의 외부에, 상기 초음파 진동자 간의 초음파의 전파 시간을 계측하여 상기 계측 유로를 흐르는 유량을 검출하는 유량 검출부를 부착하는 단계와,

    E) 상기 유량 검출부와 상기 1쌍의 초음파 진동자를 전기적으로 접속하는 단계와,

    F) 상기 분할 부재에 의해서 구성된 상기 복수의 소 유로의 내에, 배선이 통과하는 소 유로를 폐색하는 단계

    를 구비하되,

    상기 B 단계에서, 상기 1쌍의 초음파 진동자를 상기 본 유로의 흐름 방향에 대하여 비스듬하고 또한 서로 대향하도록, 상기 계측 유로를 형성하는 상기 분할 부재의 상기 부분에 부착하는

    초음파 유량계의 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 본 유로와 상기 분할 부재의 적어도 일부를 알루미늄의 압출 성형에 의해 일체적으로 형성하는 초음파 유량계의 제조 방법.

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