WO2012086156A1 - 超音波流量計 - Google Patents

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宮田　肇
慎 中野
藤井　裕史
尾崎　行則
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パナソニック株式会社
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate of gas or the like.
  • the conventional ultrasonic flowmeter of this type is opposed to the upstream and downstream of the measurement flow path 15 in which the fluid supply path 13 is connected to the upstream side and the fluid outflow path 14 is connected to the downstream side.
  • the flow velocity detecting means consisting of a pair of ultrasonic transducers (not shown) arranged in the above manner is arranged.
  • the inside of the measurement channel 15 was divided by a plurality of flat partition plates 16 so that the fluid was laminar.
  • the flow velocity detection means measures the flow velocity of the fluid flowing through the measurement flow path 15 based on the propagation time of the ultrasonic wave between the ultrasonic transducers, and calculates the flow rate based on the measured flow velocity. (For example, see Patent Document 1).
  • the influence of the contraction flow when the measurement fluid flows into the measurement flow path 15 at the entrance of the measurement flow path 15 or the measurement flow path before the flow path is stratified by the partition plate 16. Due to the influence of the flow velocity distribution of the measurement fluid due to the friction with the inner wall 15, there is a difference in the measured flow rate between the outer layer and the inner layer, and the flow velocity distribution is different. In addition, it is difficult for the ultrasonic sensor to propagate the ultrasonic wave uniformly with respect to the entire height of the flow path, and the transmission / reception intensity of the ultrasonic sensor is not uniform. The distribution of the intensity of ultrasonic emission corresponding to the ultrasonic sensor in the region is made.
  • the actual flow rate is measured so that the true flow rate value and the measured flow rate value are within the specified error range in the measured flow range, and the difference between the true value and the instrumental error is corrected to correct the flow rate. It is necessary to correct so that it can be measured.
  • the ultrasonic wave propagates through the flow path twice as long as when reflection is not used. It will be greatly affected by the difference in flow rate between layers.
  • This invention solves the said conventional subject, and aims at providing the ultrasonic flowmeter whose flow coefficient is flat.
  • the ultrasonic flowmeter of the present invention includes a multi-layer flow path including a plurality of layer flow paths partitioned by a flat partition plate, and a flow path to be measured, and an upstream of the multi-layer flow path.
  • a fluid control means is installed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic flowmeter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a front configuration diagram showing a measurement flow path of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention.
  • 3A is a cross-sectional view taken along the line 3A-3A in FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3B-3B of FIG.
  • FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the flow rate and the flow coefficient depending on the presence or absence of the control rod of the ultrasonic flowmeter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic flowmeter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a front configuration diagram showing a measurement flow path of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention.
  • 3A is a cross
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing the attachment position of the suppression rod of the ultrasonic flowmeter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram of a flow in the case where there is no fluid control unit in the ultrasonic flowmeter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7B is a conceptual diagram of a flow in the case where there is a fluid control unit of the ultrasonic flowmeter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional ultrasonic flowmeter.
  • a shutoff valve 5 that is opened and closed by a valve body linked to a drive unit 4 by an electromagnetic device such as a stepping motor is provided in the middle of the fluid supply path 3.
  • the white arrow indicates the flow direction of the fluid to be measured, and the fluid to be measured flows out from the fluid supply path 3 into the meter housing 2 when the valve is open.
  • the measurement channel 1 is a rectangle having a rectangular cross section.
  • the fluid to be measured filled in the meter housing 2 flows into the measurement channel 1 from the upstream side 1a which is the inlet side of the measurement channel 1, and further passes through the fluid outflow path 6 connected to the downstream side 1b. It flows out of the housing 2.
  • the shut-off valve 5 is closed when there is an abnormality in the fluid flow or when an earthquake occurs.
  • FIG. 2 shows a cross section of the flow rate measurement unit 17 shown in FIG.
  • a pair of ultrasonic sensors 7 and 8 constituting a flow velocity detection means are arranged on one surface of the measurement flow path 1. Further, the ultrasonic sensors 7 and 8 are arranged in one of the measurement flow paths 1 so that the ultrasonic waves generated by one ultrasonic sensor are reflected by the inner wall surface of the flow path on the opposite side and received by the other ultrasonic sensor. It is arranged diagonally on the surface. Furthermore, the flow rate detection means 18 connected with the ultrasonic sensors 7 and 8 by the signal line is arrange
  • the meter housing 2 becomes a chamber. Therefore, compared to the method in which the fluid to be measured flowing from the inflow section is directly connected to the measurement flow path via a bent pipe, the flow flowing into the measurement flow path is less likely to occur and the reliability of flow velocity measurement and flow measurement is reduced. Improves.
  • the measurement flow path 1 of the ultrasonic flowmeter in the present embodiment has a rectangular cross section, but as shown in FIG. 3A, the short side is substantially divided by flat partition plates 10a, 10b, and 10c.
  • the layered channels 11a, 11b, 11c, and 11d are formed by dividing into equal heights.
  • the multilayer flow path 12 (between C in FIG. 3B) is configured by the plurality of layered flow paths 11a, 11b, 11c, and 11d.
  • the flow of the fluid to be measured becomes a laminar flow by narrowly dividing the measurement flow channel 1 with the partition plates 10a, 10b, and 10c, and the flow in the height direction of the flow channel is changed to the laminar flow channels 11a, 11b, 11c and 11d are dispersed.
  • the flow velocity distribution is made uniform and measurement by ultrasonic waves is stabilized.
  • a suppression rod 9 as a fluid control means is disposed at a predetermined distance from the partition plate 10b.
  • the restraining rod 9 is arranged orthogonal to the flow direction of the fluid to be measured and parallel to the partition plate 10b.
  • the number of partition plates is three, and the layered flow path is configured as four layers. However, if the configuration other than the four layers is three layers or more, the same effect can be obtained.
  • a pair of ultrasonic sensors 7 and 8 are unitized. 1 are arranged on the same plane of a rectangular cross section. Therefore, transmission / reception of ultrasonic waves between the ultrasonic sensors 7 and 8 is V-shaped (V path propagation path) reflected by the opposite channel inner wall surface 1c (FIG. 2). Ultrasonic waves between 7 and 8 are transmitted and received.
  • the propagation time T1 until the ultrasonic wave emitted from the upstream ultrasonic sensor 7 is received by the downstream ultrasonic sensor 8 is measured.
  • the propagation time T2 until the ultrasonic wave emitted from the downstream ultrasonic sensor 8 is received by the upstream ultrasonic sensor 7 is measured.
  • the flow rate is calculated by the calculation means based on the following calculation formula.
  • the angle between the flow velocity V of the fluid to be measured in the flow direction of the measurement channel and the ultrasonic propagation path is ⁇
  • the distance between the ultrasonic sensors is 2 ⁇ L
  • the sound velocity of the fluid to be measured is Assuming C, the flow velocity V is calculated by the following equation.
  • T1 2 ⁇ L / (C + V cos ⁇ )
  • T2 2 ⁇ L / (C ⁇ V cos ⁇ )
  • V (2 ⁇ L / 2 cos ⁇ ) ((1 / T1) ⁇ (1 / T2))
  • ⁇ and L are known, the flow velocity V can be calculated from the values of T1 and T2.
  • the flow rate Q of the fluid to be measured flowing through the measurement flow path 1 can be obtained by the following equation, where S is the cross-sectional area of the flow path and K is the flow path coefficient.
  • FIG. 5 shows experimental data for measuring the flow coefficient with the ultrasonic flowmeter in the present embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is the flow rate Q of the fluid to be measured flowing through the measurement flow path 1, and the vertical axis is the flow coefficient K. Show.
  • FIG. 5 shows the measured values when there is no restraining rod 9 as the fluid control means and when the restraining rod 9 as the fluid control means is attached at the positional relationship of 4 mm and 8 mm shown in FIG.
  • this object is achieved with a simple configuration in which the restraining rod 9 as the fluid control means is disposed in front of the partition plate.
  • the distance from the partition plate to the control rod 9 exceeds 8 mm shown in FIG. 5, it is difficult to maintain a flat flow coefficient.
  • the distance from the partition plate 10b to the control rod 9 needs to be 2 mm or more.
  • the flow in the measurement flow channel 1 becomes a laminar flow in the multilayer flow channel partitioned by the partition plates 10a, 10b, and 10c. It flows almost evenly.
  • the flow velocity increases and the contracted flow that occurs at the entrance of the measurement flow path becomes intense, the flow concentrates inside when there is no suppression rod 9 as shown in FIG. 7A.
  • the optimum position of the suppression rod 9 as the fluid control means is 2 mm or more from the partition plate 10b, and the cross-sectional shape of the fluid smoothly flows on the wall surface. It has a circular shape, and the diameter thereof is 1 ⁇ 2 or less of the height of the laminar flow path (for example, the distance between the laminar flow paths 11a and 11b in FIG. 3b). Can be used appropriately.
  • the present invention relates to a multi-layer flow path comprising a plurality of layered flow paths partitioned by a flat partition plate, through which a fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic sensors arranged upstream and downstream of the multi-layer flow path, and an ultrasonic sensor And a flow rate detection means for detecting the flow rate of the fluid to be measured based on the propagation time of the ultrasonic wave between them, and a rod-like fluid control means is installed in the vicinity of the upstream side of the partition plate.
  • the fluid control means is arranged at a substantially central position in the channel direction of the multilayer channel in the layer direction (vertical direction in FIG. 3B), and is orthogonal to the flow of the fluid to be measured and parallel to the partition plate. It is set as the structure installed in.
  • the fluid control means is disposed on the upstream side of 2 mm to 8 mm from the partition plate.
  • the cross section of the fluid control means is circular, and the cross sectional diameter thereof is 1 ⁇ 2 or less of the height of the layered flow path.
  • the present invention provides a pair of ultrasonic sensors on the same side surface of the layered flow path, and the ultrasonic waves oscillated from one ultrasonic sensor are reflected by the inner wall surface of the flow path on the opposite side to the other ultrasonic sensor. It is configured to be received. With this configuration, even if the flow path is made small, the propagation path of the ultrasonic wave becomes long, the time resolution in measurement increases, and the measurement accuracy can be improved.
  • the ultrasonic flow meter according to the present invention can reduce the difference in flow rate ratio between the outer layer and the inner layer even when the measured flow rate changes, and can accurately measure the flow rate, and can be further reduced in size and cost. Can be applied to various flowmeters.

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Abstract

層状の流路よりなる計測流路（１）と、計測流路（１）の同一壁面側に設置され対向側の流路内壁面（１ｃ）での反射を利用した超音波の伝播路を構成するよう配置した一対の超音波センサ（７）、（８）により流量を検出する構成であり、多層部を構成する仕切り板の上流側の手前に流体制御手段なる抑制棒（９）を設置する。

Description

超音波流量計
　本発明は、ガスなどの流量を計測する超音波流量計に関する。
　従来のこの種の超音波流量計は、図８に示すように、上流側に流体供給路１３を接続し、下流側に流体流出路１４を接続した計測流路１５の上流と下流に対向して配置した一対の超音波送受波器（図示せず）からなる流速検知手段を配置していた。
　また、流体が層流となるように計測流路１５の内部は複数の平板状の仕切板１６で分割してあった。
　そして、流速検知手段は、超音波送受波器間の超音波の伝搬時間を基に計測流路１５を流れる流体の流速を測定し、この測定した流速をもとに流量を演算するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、このような従来の構成では、計測流路１５の入り口で計測流体が計測流路１５に流れ込む時の縮流の影響や、流路が仕切板１６により層状になる前の、計測流路１５の内壁面との摩擦による計測流体の流速分布の影響などで、外層と内層とで計測流量に差があり流速分布が異なる。また、超音波センサは流路全体高さに対して均一に超音波の伝播を行うことは難しく、かつ超音波センサの送受信強度は均一では無く、各層の超音波の伝播に対して、その層の領域における超音波センサに応じた超音波放出の強度に分布ができる。また、層によって流速が異なると、層毎の超音波の伝播時間が変わるため、このことが計測流路を流れる全体の計測流量の誤差要因となり、流路全体の流速の計測に関する信頼性に悪影響をもたらしていた。
　さらに、流量計の生産時においては計測流量範囲において真の流量値と計測流量値が所定の誤差範囲に入るように実際に流量を測定し真値との差を器差補正して正しく流量が計測できるように補正する必要があるが、この際、流量係数（＝真値／計測値）が計測流量範囲でフラットであることが望ましい。すなわち、流量の変化があっても流量係数がフラットであれば任意の流量で１点補正するだけで器差補正を完了させることができる。もちろん、流量係数が１であり、かつフラットであれば器差補正の必要がないことは言うまでもない。
　しかし、前述したように計測流量により各層の流速比が異なるとこの流量係数のフラット性に悪影響がでていた。
　特に超音波の壁面反射を利用するＶ字型の伝播路の場合は、反射を利用しない場合の倍の距離を超音波が流路内を伝播するため、計測における時間分解能が上がるメリットはあるが層間の流量差の影響をより大きく受けることになる。
　この影響を小さくするため、従来は計測流路入り口に整流部材を設けて、流れが均一になるように対応していたが、整流部材を設けることにより構造が複雑になり、コストが上がる、などの課題が生じている。
　本発明は、前記従来の課題を解決するもので、流量係数がフラットである超音波流量計を提供することを目的とする。
特開平９－４３０１５号公報
　従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、平板状の仕切り板により区切られた複数の層状流路からなり被計測流体が流れる多層流路と、多層流路の上流と下流に配置した一対の超音波センサと、超音波センサ間の超音波の伝搬時間に基づいて被計測流体の流量を検出する流量検出手段と、を有し、仕切り板の上流側近傍に棒状の流体制御手段を設置したものである。
　これによって、流量計として重要な性能指標である流量係数のフラット化を図ることが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の計測流路を示す正面構成図である。 図３Ａは、図２の３Ａ－３Ａ断面図である。 図３Ｂは、図２の３Ｂ－３Ｂ断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の動作説明図である。 図５は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の制御棒の有無による流量と流量係数の関係を示すグラフである。 図６は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の抑制棒の取付け位置を示す概念図である。 図７Ａは、本発明の実施の形態１における超音波流量計の流体制御手段無しの場合の流れの概念図である。 図７Ｂは、本発明の実施の形態１における超音波流量計の流体制御手段有りの場合の流れの概念図である。 図８は、従来の超音波流量計の構成図である。
　以下、本発明の実施の形態１における超音波流量計について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
　（実施の形態１）
　図１に示すように、流体供給路３の途中には、ステッピングモータなどの電磁装置による駆動部４と連係した弁体で開閉する遮断弁５が設けられている。白抜きの矢印は、被計測流体の流れ方向を示すのもで、弁が開放状態においては流体供給路３より被計測流体がメータ筐体２内部に流出する。計測流路１は、断面長方形をなす矩形である。メータ筐体２内部に充満した被計測流体は計測流路１の入口側である上流側１ａから計測流路１に流入し、さらにはその下流側１ｂに接続された流体流出路６を経てメータ筐体２の外部へ流出する。
　なお、遮断弁５は流体流動に異常があった時や、地震発生時などに閉じるようにしてある。
　図２は、図１に示す流量計測ユニット１７の断面を表す。計測流路１の一つの面には、流速検知手段を構成する一対の超音波センサ７、８が配置されている。また、超音波センサ７、８は、一方の超音波センサが発振した超音波を対向側の流路内壁面で反射させて他方の超音波センサが受信するように、計測流路１の一つの面に斜めに配置されている。さらに、超音波センサ７、８と信号線で接続されている流量検出手段１８が配置されて、流量計測を行うための計測ユニットとして構成している。流量検出手段１８は一対の超音波センサ７、８間の超音波の伝播時間を計測し、被計測流体の流速や流量を求める。
　図１に示す本発明の実施の形態１における超音波流量計では、被計測流体が一度メータ筐体２内部に充填されてから計測流路１に流入するため、メータ筐体２がチャンバーとなる。そのため、流入部から流れ込んだ被計測流体が屈曲された配管を介して直接計測流路へ接続する方式に比較して計測流路へ流入する流れに偏流が起こり難くなり流速計測および流量計測の信頼性が向上する。
　本実施の形態における超音波流量計の計測流路１は前記したように矩形断面を有しているが、図３Ａに示すように、短編側を平板状の仕切り板１０ａ、１０ｂ、１０ｃでほぼ均等の高さに区分して、層状流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを形成する。このように、複数の層状流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで多層流路１２（図３ＢのＣ間）を構成している。
　つまり、計測流路１を仕切り板１０ａ、１０ｂ、１０ｃで狭く仕切ることで被計測流体の流れが層流になるようにしてあり、流路の高さ方向の流れを層状流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで分散している。この構成とすることで従来の単層の流路に比較し、流速分布を均一化し、超音波による計測の安定を図っている。
　さらに、仕切り板１０ｂの上流側には、流体制御手段としての抑制棒９が、仕切り板１０ｂから所定の距離をおいて配置してある。この抑制棒９は、被計測流体の流れ方向に対して、直交し、かつ、仕切り板１０ｂに平行に配置されている。
　本実施例では仕切り板の枚数は３枚で層状流路を４層に構成しているが、４層以外の構成も３層以上であれば同様の作用効果が得られる。
　つぎに、超音波による流量計測動作について図４を用い説明する。図１、図２、図３Ａ、図３Ｂに示すように本実施の形態における超音波流量計においては一対の超音波センサ７、８をユニット化するため、超音波センサ７、８を計測流路１の矩形断面の同一面上に配置している。そのため、超音波センサ７、８間の超音波の送受信は対向側の流路内壁面１ｃ（図２）で反射させたＶ字型（Ｖパス伝搬路）となり、この伝播経路で、超音波センサ７、８間の超音波の送受が行われる。
　この構成において、上流側の超音波センサ７から発せられた超音波が下流側の超音波センサ８で受信されるまでの伝搬時間Ｔ１を計測する。また一方、下流側の超音波センサ８から発せられた超音波が上流側の超音波センサ７で受信されるまでの伝搬時間Ｔ２を計測する。
　このようにして測定された伝搬時間Ｔ１およびＴ２を基に、以下の演算式に基づいて演算手段で流量が算出される。
　図４に示すように、計測流路の流動方向の被計測流体の流速Ｖと超音波伝搬路とのなす角度をθとし、超音波センサ間の距離を２×Ｌ、被測定流体の音速をＣとすると、流速Ｖは以下の式にて算出される。
　　式（１）　Ｔ１＝２×Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）
　　式（２）　Ｔ２＝２×Ｌ／（Ｃ－Ｖｃｏｓθ）
Ｔ１の逆数からＴ２の逆数を引き算する式より音速Ｃを消去して
　　式（３）　Ｖ＝（２×Ｌ／２ｃｏｓθ）（（１／Ｔ１）－（１／Ｔ２））
　ここで、θおよびＬは既知なのでＴ１およびＴ２の値より流速Ｖが算出できる。いま、空気の流量を計ることを考え、角度θ＝４５度、距離Ｌ＝３５ｍｍ、音速Ｃ＝３４０ｍ／ｓ、流速Ｖ＝８ｍ／ｓを想定すると、Ｔ１＝２．０×１０－４秒、Ｔ２＝２．１×１０－４秒であり、瞬時計測ができる。
　そして、計測流路１を流れる被計測流体の流量Ｑは、流路の断面積をＳ、流路係数をＫとするとき、次式で求めることができる。
　　式（４）　Ｑ＝Ｋ×Ｖ×Ｓ
　なお、上記したようなＶパス伝播路以外の超音波の伝播路であっても流路を少なくとも一回以上横切り、流速により超音波の伝播時間が変化する経路を形成できるものであれば流速の計測は可能であり、本発明の構成に関しても効果がある。
　図５に本実施の形態における超音波流量計による流量係数実測の実験データを示すもので、図５の横軸は計測流路１を流れる被計測流体の流量Ｑで縦軸は流量係数Ｋを示す。
　図５中には流体制御手段である抑制棒９が無い場合と、図６に示す位置関係４ｍｍ間隔および８ｍｍ間隔で流体制御手段なる抑制棒９を取り付けた時の計測値を示す。
　図５に示すように、抑制棒９が無い場合、流量係数は流量が多いほど小さく右肩下がりのグラフとなる。
　この要因としては、流速が速くなるほど計測流路の入口での縮流の影響が大きく壁に近い外層に流れる流量と、内側に流れる流量の比が少ない流量時に比べて小さくなることにある。すなわち大流量時は内側の層に多く流体が流れて流速が速くなる、しかも、前述したように超音波センサは中心ほど超音波の強度分布が強いため流路全体の平均流速より速い流速を計測する。その結果上記のように流量が多くなると流量係数が小さくなり、流量係数がフラットで無くなる。
　前述した大流量側の流量係数を上げるためには、流速計での流速の計測値が小さくなるようにする必要があり、すなわち上記した縮流の影響による流れの変化を抑制する必要があり、そのために本発明では仕切り板の手前に流体制御手段としての抑制棒９を配置するという簡易な構成でこの目的を達成している。
　なお、仕切り板から制御棒９までの距離が、図５に示す８ｍｍを越えると流量係数のフラットを維持することが難しい。また、制御棒９の効果を得るためには仕切り板１０ｂから制御棒９までの距離を２ｍｍ以上とする必要がある。
　本発明の作用・効果に関して図７Ａ、図７Ｂを参照に説明する。
　計測流量が少ない場合は計測流路１内の流れが仕切り板１０ａ、１０ｂ、１０ｃで仕切られた多層流路において層流流れとなるため、抑制棒９の有無に関わらず、多層流路の各層に略均等に分かれて流れる。流速が速くなりと計測流路入り口で起こる縮流が激しくなると、図７Ａに示すように抑制棒９が無い場合は流れが内部に集中していく。
　抑制棒９がある場合は、図７Ｂに示すように流体が抑制棒９に沿って流れる事ができず剥離などが生じ、後ろ側へ向かう流れが妨げられる。そして、縮流により起こる流れの中心方向への集中が分散されて、多層各層に均等に流れるようになる。結果、小さな流量から大流量まで、流量に関わらず多層の各層への均等流れを実現でき、流量係数のフラット化を図ることが可能となる。
　なお、本実施の形態における超音波流量計の場合、流体制御手段としての抑制棒９の最適位置は、仕切り板１０ｂから２ｍｍ以上であり、その断面形状としては流体がその壁面をスムーズに流れるため円形形状としており、また、その直径は層状流路の高さ（図３ｂでは例えば層状流路１１ａ、１１ｂ間の距離）の１／２以下とすることで、上記した縮流の抑制の効果を適切に発揮できる。
　なお、流路の構成によっては上記した仕様が変わることは考えられることであり、本発明の仕様を上記内容で限定するものでは無い。
　本発明は、平板状の仕切り板により区切られた複数の層状流路からなり被計測流体が流れる多層流路と、多層流路の上流と下流に配置した一対の超音波センサと、超音波センサ間の超音波の伝搬時間に基づいて被計測流体の流量を検出する流量検出手段と、を有し、仕切り板の上流側近傍に棒状の流体制御手段を設置したものである。この構成により、多層流路の外層と内層の流速差の発生を抑制し、測定時の計測誤差を少なくすることができ、流量係数のフラット化を図ることが可能となる。
　また、本発明は、流体制御手段を、多層流路の層方向の流路高さ（図３Ｂでは上下方向）の略中心位置で、被計測流体の流れに直交し、且つ、仕切り板と平行に設置された構成としたものである。
　また、本発明は、流体制御手段を、仕切り板から２ｍｍ以上～８ｍｍ以下上流側に配置したものである。この構成により、多層流路における外層と内層の間に発生する流速差を抑制する効果をより高め、計測における測定誤差を少なくすることにより、流量係数のフラット化をより図ることが可能となる。
　さらに、本発明は、流体制御手段の断面を円形とし、その断面直径を層状流路の高さの１／２以下としたものである。この構成により、円形形状とすることで不必要に計測流路内の流れを乱す事無く、多層流路の外層と内層の流速差が発生することを最適状態で抑制することが可能で、計測誤差を少なくすることができ、流量係数のフラット化を図ることが可能となる。
　また、本発明は、一対の超音波センサを層状流路の同一側面に設置し、一方の超音波センサから発振した超音波が対向側の流路内壁面で反射して他方の超音波センサに受信される構成としたものである。この構成により、流路を小型にしても超音波の伝播路が長くなり、計測上の時間分解能が上がり、計測精度を向上することが可能となる。
　本発明にかかる超音波流量計は、計測流量が変化しても外層と内層の流速比の差を減らし、正確に流速を計測することが可能となり、さらに小型、低コスト化が可能なためガスメータをはじめとして種々の流量計として応用展開が可能である。
　１　　計測流路
　１ａ　　上流側
　１ｂ　　下流側
　１ｃ　　対向側の流路内壁面
　２　　メータ筐体
　７，８　　超音波センサ
　９　　抑制棒（流体制御手段）
　１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　　仕切り板
　１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　　層状流路
　１２　　多層流路
　１７　　流量計測ユニット
　１８　　流量検出手段

Claims (5)

  1. 平板状の仕切り板により区切られた複数の層状流路からなり被計測流体が流れる多層流路と、
    前記多層流路の上流と下流に配置した一対の超音波センサと、
    前記超音波センサ間の超音波の伝搬時間に基づいて前記被計測流体の流量を検出する流量検出手段と、を有し、
    前記仕切り板の上流側近傍に棒状の流体制御手段を設置した超音波流量計。
  2. 前記流体制御手段は前記多層流路の層方向の流路高さの略中心位置で、被計測流体の流れに直交し、かつ、前記仕切り板と平行に設置された構成である請求項１記載の超音波流量計。
  3. 前記流体制御手段は、前記仕切り板から２ｍｍ以上～８ｍｍ以下上流側に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計。
  4. 前記流体制御手段の断面は円形であり、断面直径は前記層状流路の高さの１／２以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  5. 前記一対の超音波センサは、前記層状流路の同一側面に設置され、一方の前記超音波センサから発信された超音波が対向側の流路内壁面で反射して他方の前記超音波センサに受信される構成とした請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
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