WO2018174122A1 - 超音波流量計 - Google Patents

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WO2018174122A1
WO2018174122A1 PCT/JP2018/011262 JP2018011262W WO2018174122A1 WO 2018174122 A1 WO2018174122 A1 WO 2018174122A1 JP 2018011262 W JP2018011262 W JP 2018011262W WO 2018174122 A1 WO2018174122 A1 WO 2018174122A1
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WO
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ultrasonic
ultrasonic sensor
sensor unit
measurement
pair
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Application number
PCT/JP2018/011262
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩之 堀田
Original Assignee
愛知時計電機 株式会社
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Publication date
Application filed by 愛知時計電機 株式会社 filed Critical 愛知時計電機 株式会社
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Priority to JP2018544575A priority patent/JP6556961B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flowmeter.
  • a pair of ultrasonic elements are arranged on the upstream side and downstream side in a flow path through which a fluid such as gas or liquid passes, and the propagation time of an ultrasonic signal from one and the ultrasonic signal from the other
  • An ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid is known from the difference in propagation time.
  • openings are opened to the upstream side and the downstream side along the longitudinal direction on the side surface of the linear cylindrical tube 102 constituting the measurement flow path.
  • Ultrasonic sensors 105 and 106 are respectively arranged in the pair of sensor insertion holes 103 and 104 facing inward. Inside the tube 102 between the pair of sensor insertion holes 103 and 104, a reduced diameter tube 107 for increasing the flow velocity is provided.
  • the reflective surfaces 108 and 109 are provided along the measurement channel center line CL100 of the tube.
  • the ultrasonic signal was transmitted and received along the measurement flow path center line CL100 between the reflecting surfaces 108 and 109, and the propagation time of the forward ultrasonic signal along the fluid flow and the fluid flow were countered. Based on the difference from the propagation time of the ultrasonic signal in the reverse direction, the flow velocity and flow rate of the fluid passing through the measurement channel are measured.
  • the cylindrical inner sleeve 202 constituting the measurement flow path is positioned at both ends of the inner sleeve 202 with respect to the measurement flow path center line CL200 direction.
  • a pair of sensor holding portions 203 and 204 projecting diagonally forward and diagonally backward are provided.
  • the ultrasonic sensors 205 and 206 are held by the pair of sensor holding portions 203 and 204.
  • the ultrasonic signal is transmitted and received between the ultrasonic sensors 205 and 206, that is, in a direction obliquely crossing the measurement flow path, and the propagation time of the ultrasonic signal in the forward direction along the flow of the fluid,
  • the flow velocity and flow rate of the fluid passing through the measurement flow path are measured based on the difference from the propagation time of the ultrasonic signal in the reverse direction against the flow of.
  • a reduced diameter tube 107 is provided for ultrasonically measuring the entire velocity of the fluid passing through the flow path, and the reduced diameter pipe 107 is measured along the measurement flow path center line CL100.
  • the reflecting surfaces 108 and 109 are arranged so as to cover the entire inner diameter of the lens. For this reason, the reflecting surfaces 108 and 109 are arranged so as to hinder the flow of the measurement flow path, resulting in a problem that the flow path resistance is increased and the pressure loss is increased as an ultrasonic flowmeter.
  • the pair of ultrasonic sensors 205 and 206 are arranged in a direction obliquely crossing the inner sleeve 202 to transmit and receive ultrasonic signals. It is difficult to block and the flow rate of the entire channel can be measured.
  • the ultrasonic sensors 205 and 206 are inclined obliquely from the direction facing each other across the central axis of the inner sleeve 202.
  • the ultrasonic sensors 205 and 206 are inclined obliquely from the direction facing each other across the central axis of the inner sleeve 202.
  • the signal may not be emitted. If the emission direction of the ultrasonic signal is inaccurate, a sufficient wave height may not be obtained when the propagated ultrasonic signal is received. In this case, the S / N ratio is lowered and the measurement accuracy is lowered. Cause.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter that is easy to manufacture, has low pressure loss, and has high measurement accuracy.
  • an ultrasonic flowmeter includes a cylindrical tube body having a measurement flow path for allowing a fluid to be measured to pass through, and an upstream position and a downstream position of the tube body through which the fluid flows. And a pair of ultrasonic sensors for propagating ultrasonic signals to each other, the propagation time of ultrasonic signals from one ultrasonic sensor to the other ultrasonic sensor, and one from the other ultrasonic sensor.
  • An ultrasonic flowmeter that measures a flow rate of a fluid to be measured from a difference in arrival time with a propagation time of an ultrasonic signal to the ultrasonic sensor of the tube, wherein the tube main body has a measurement space that communicates with the measurement channel.
  • the measurement space defines an ultrasonic propagation path of the pair of ultrasonic sensors, and the ultrasonic propagation path has a central axis that obliquely intersects a central axis of the measurement flow path,
  • the ultrasonic flowmeter A pair of ultrasonic sensor units that hold the pair of ultrasonic sensors, and a pair of ultrasonic sensor unit holding units that hold the pair of ultrasonic sensor units, the pair of ultrasonic sensor unit holding units, It includes an opening that opens in a direction perpendicular to the plane including the central axis of the measurement flow path and that can hold the pair of ultrasonic sensor units inserted from the same direction.
  • the pair of ultrasonic sensor units may be arranged in the ultrasonic sensor unit holding section so that the ultrasonic sensors send out ultrasonic signals in a direction along the central axis of the ultrasonic propagation path.
  • the pair of ultrasonic sensor units is arranged in the ultrasonic sensor unit holding unit so as to transmit an ultrasonic signal in the insertion direction of the ultrasonic sensor unit, and the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic sensor is transmitted.
  • You may provide a pair of reflection member reflected in the direction along the central axis of an ultrasonic wave propagation path.
  • the pair of ultrasonic sensor units is disposed on the side facing the central axis of the measurement flow path, and forms an ultrasonic propagation path having a central axis that obliquely intersects the central axis of the measurement flow path. May be.
  • the pair of ultrasonic sensor units are arranged on the side facing the central axis of the measurement flow path, obliquely intersect the central axis of the measurement flow path, and the opening direction of the ultrasonic sensor unit holding portion
  • a bent ultrasonic wave propagation path having a plurality of axes may be formed by reflecting in the measurement space along the plane including the central axis.
  • the pair of ultrasonic sensor units are arranged on the same side with respect to the central axis of the measurement flow path, obliquely intersect the central axis of the measurement flow path, and include planes including the central axis of the measurement flow path
  • a bent ultrasonic wave propagation path having a plurality of axes may be formed by reflecting in the measurement space along a plane orthogonal to the line.
  • the pair of ultrasonic sensor units is disposed on the side facing the central axis of the measurement flow path, obliquely intersects with the central axis of the measurement flow path, and includes the central axis of the measurement flow path
  • a bent ultrasonic wave propagation path having a plurality of axes may be formed by reflecting in the measurement space along a plane orthogonal to the line.
  • a reduced diameter portion may be provided at the center of the measurement channel.
  • the pipe body may include an enlarged portion having an inner diameter larger than that of the reduced diameter portion at both ends of the reduced diameter portion.
  • the ultrasonic sensor unit holding part may be arranged in the enlarged diameter part.
  • the distance between the central axes of the pair of ultrasonic sensor unit holding portions is constant, and the angle at which the central axis direction of the measurement flow path intersects the central axis of the measurement space is the minimum flow rate set in advance. It may be set so that the pressure loss does not exceed a preset value while exceeding a preset value at the time. In this case, if the fluid is a liquid, the crossing angle may be 5 to 70 °.
  • the ultrasonic sensor unit may include an ultrasonic sensor holding unit that holds the ultrasonic sensor in the measurement space without a reflecting member.
  • the ultrasonic sensor unit may include an ultrasonic sensor holding unit and a reflecting member holding unit that holds the reflecting member.
  • the opening of the ultrasonic sensor unit holding part is circular when viewed from the insertion direction, and the ultrasonic sensor unit has a circular outline when viewed from the insertion direction and is fitted to the ultrasonic sensor unit holding part. Also good.
  • the ultrasonic sensor unit and the ultrasonic sensor unit holding unit position the ultrasonic sensor unit at a position where the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic sensor is propagated to the ultrasonic propagation path, and rotate the ultrasonic sensor unit.
  • a position restricting structure for restricting the position may be provided.
  • the ultrasonic sensor unit is in contact with the ultrasonic sensor unit holding portion when the ultrasonic sensor unit is inserted into the ultrasonic sensor unit holding portion, and determines the height position in the insertion direction of the ultrasonic sensor unit.
  • a determination unit may be provided.
  • the position regulation structure may be constituted by a protrusion extending downward from the reflection plate holding portion of the ultrasonic sensor unit and a hole formed on the bottom surface of the ultrasonic sensor unit holding portion, into which the protrusion is inserted.
  • the ultrasonic sensor unit holding part may include a stepped part that supports the ultrasonic sensor holding part.
  • the position restricting structure may further include a protrusion protruding downward from the ultrasonic sensor holding portion and a hole formed in the step portion of the ultrasonic sensor unit holding portion and into which the protrusion is inserted.
  • the reflecting member may include a reflecting plate and a reflecting plate holding portion that holds the reflecting plate.
  • the reflection plate holding portion may be formed of a cylinder having an inclined surface with an inclination of 45 degrees as an upper surface, and the reflection plate may be held on the inclined surface of the cylinder.
  • the ultrasonic sensor unit may include a wall surface formed so as to cover the back surface of the reflecting member along the insertion direction. Further, when the reflecting member includes the reflecting plate and the reflecting plate holding part, the reflecting plate may be integrated with the reflecting plate holding part by heat caulking.
  • the manufacturing is easy, the pressure loss can be further reduced, and the measurement accuracy can be increased.
  • FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view of the ultrasonic flow meter according to the first embodiment, taken along line AA.
  • the measurement space BB vertical sectional view of the ultrasonic flowmeter of a 1st embodiment.
  • the ultrasonic sensor unit of 1st Embodiment. (A) Perspective view, (b) Side view, (c) Plan view. (A) The ultrasonic sensor unit of 1st Embodiment, (b) The positioning structure of an ultrasonic sensor unit holding
  • FIG. 1 is a perspective view showing a usage state of the ultrasonic flowmeter 1 of the present embodiment, and also shows an example of a connection relationship with the periphery.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the ultrasonic flowmeter 1 of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 and is a horizontal cross-sectional view along the measurement flow path center line CL1 of the tube body 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3, and is a vertical cross-sectional view along the measurement space center line CL2.
  • vertical and horizontal words are used in the illustrated posture for explanation, but it goes without saying that the actual posture of installation of the ultrasonic flowmeter is not limited to this. .
  • the ultrasonic flowmeter 1 of the present embodiment includes a pipe body 2 and is made of, for example, a metal, in the embodiment, stainless steel.
  • the pipe body 2 includes a flow path pipe 10 through which a fluid F to be measured, for example, hot water for supplying heat in this embodiment is passed.
  • a measurement tube 20 that obliquely intersects the flow channel tube 10 is provided, and ultrasonic sensor unit holding portions 30 including an ultrasonic sensor 50 are provided at both ends of the measurement tube 20.
  • the flow channel pipe 10 of the pipe body 2 includes an inflow port 11 that opens to the upstream side (left side in FIGS. 1 to 3) and a flange portion 12 around the inlet 11, and opens to the downstream side.
  • the outlet 13 and the surrounding flange 14 are provided.
  • the flow channel pipe 10 forms a measurement flow channel 15 through which the hot water flowing in from the inflow port 11 passes and flows out from the outflow port 13 inside the tube main body 2.
  • a cylindrical space is formed at the upstream end of the inlet 11.
  • a tapered portion 16 whose inner diameter narrows as it goes downstream from the downstream end of the inflow port 11 continues.
  • a cylindrical reduced diameter portion 17 having a space having the same diameter as the smallest inner diameter of the tapered portion 16 is formed at the center portion of the flow channel tube 10. Further, a tapered portion 18 whose diameter increases toward the downstream is continuously provided at the downstream end of the reduced diameter portion 17, and a cylindrical outlet 13 having the same diameter as the largest inner diameter of the tapered portion 18. Is open downstream.
  • the upstream side and the downstream side of the flow channel tube 10 are symmetrical.
  • the inflow port 11 and the outflow port 13 are well known for pipe connection, but detailed description thereof is omitted.
  • a cylindrical measurement tube 20 is formed that forms a measurement space 21 having a measurement space center line CL2 that obliquely intersects the measurement channel center line CL1 of the tube main body 2 at an intersection angle ⁇ in a horizontal plane including the measurement flow path center line CL1. .
  • the measurement space 21 forms an ultrasonic propagation path 22 through which the ultrasonic signal US transmitted and received from the ultrasonic sensors 50 and 50 (FIG. 1) is propagated.
  • the measurement space 21 inside the measurement tube 20 is formed so as to obliquely cross the measurement channel 15 in the tube body 2, and the measurement channel 15 and the measurement space 21 are formed to communicate with each other.
  • the measurement space 21 has the same inner diameter as the reduced diameter portion 17 that forms the measurement flow path 15 of the pipe body 2. Both ends of the measurement tube 20 are arranged on the side of the tube body 2 facing the measurement channel center line CL1, and the ultrasonic sensor unit holding portion 30 is contracted in the longitudinal direction inside the tube body 2 from the taper portions 16 and 18. It arrange
  • ultrasonic sensor unit holding part 30 As shown in FIG. 4, ultrasonic sensor unit holding portions 30 are formed at both ends of the measurement space 21.
  • the ultrasonic sensor unit holding part 30 includes a cylindrical part 31 that communicates with the measurement space 21, and the upper part around the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3 in the vertical direction orthogonal to the measurement space center line CL2 is open. It is formed as a bottom cylindrical space. That is, the center lines CL3 and CL3 of the ultrasonic sensor unit holding portions 30 and 30 are parallel to each other, and the ultrasonic sensor unit holding portions 30 and 30 are open upward in the same vertical direction.
  • the inner diameters of the ultrasonic sensor unit holding portions 30 and 30 are larger than the inner diameter of the measurement space 21.
  • the bottom surfaces 32 and 32 of the ultrasonic sensor unit holding portions 30 and 30 are formed as horizontal planes, and are formed so as to be dug down below the lowest position of the measurement space 21.
  • the ultrasonic sensor unit holding part 30 has a cylindrical shape with concentrically different diameters at the upper and lower parts, and the inner diameter of the upper inner wall surface 34 that is the upper inner surface from the upper end to about one third. Is formed larger than the inner diameter of the lower inner wall surface 35 below.
  • a boundary portion between the upper inner wall surface 34 and the lower inner wall surface 35 is a stepped portion 33 formed as a donut-shaped horizontal plane.
  • FIG. 5A is a perspective view of the ultrasonic sensor unit 40
  • FIG. 5B is a side view of the ultrasonic sensor unit 40 as viewed from a direction orthogonal to the measurement space center line CL2.
  • FIG. ) Is a plan view of the ultrasonic sensor unit 40.
  • the ultrasonic sensor unit 40 has a horizontal annular fitting ring 41 having a rectangular cross section in the circumferential direction, and a position facing the fitting ring 41 in the diameter direction.
  • a pair of reflecting member holding portions 42, 42 that are slightly offset inside and extend downward in a tongue shape are provided.
  • the fitting ring 41 functions as an ultrasonic sensor holding unit that holds the ultrasonic sensor 50.
  • the ultrasonic sensor unit 40 includes a reflection plate holding portion 43 provided between the lower end inner sides of the reflection member holding portions 42 and 42 and a reflection plate 44 held here.
  • the reflection plate 44 has a 45-degree inclination with respect to the measurement space center line CL2 in a side view.
  • the lower surface 41b of the fitting ring 41 shown in FIG. 6 (a) is a donut-shaped annular horizontal surface, abutting so as to correspond to the stepped portion 33 shown in FIG. 2 (see FIG. 4), and fitting in the height direction.
  • the ring 41 is accurately positioned. Therefore, the fitting ring 41 also functions as a height position determination unit that determines the height position in the insertion direction of the ultrasonic sensor unit 40.
  • the outer diameter of the side surface 41 a of the fitting ring 41 is slightly smaller than the inner diameter of the upper inner wall surface 34 (FIG. 4), and the fitting ring 41 inserted into the upper inner wall surface 34.
  • the side surface 41a is positioned in contact with the upper inner wall surface 34 with almost no gap.
  • the pair of reflecting member holding portions 42, 42 extending in a tongue shape below the fitting ring 41 is further offset from the inside of the fitting ring 41 and extends so as to substantially contact along the lower inner wall surface 35. Has been.
  • a reflecting plate holding portion 43 holds a metal reflecting plate 44 (see FIG. 5A) such as stainless steel.
  • the reflecting plate 44 is formed in an elliptical plate shape that is inclined 45 degrees from the vertical line, and is viewed in plan view (with the ultrasonic sensor unit held) shown in FIG. (Viewed vertically downward from the upper side of the center line CL3) and a front view as viewed from the direction of the measurement space center line CL2 (not shown), but is configured to be generally circular.
  • the reflector 44 reflects the ultrasonic signal US from the direction along the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3 accurately in the direction along the measurement space center line CL2, and also along the measurement space center line CL2.
  • the ultrasonic sensor unit holding part is configured to reflect accurately from the direction in the direction along the center line CL3.
  • a reflection plate holding portion 43 for holding the reflection plate 44 at an accurate position is provided between the reflection member holding portions 42 and 42.
  • the reflection plate holding portion 43 and the reflection plate 44 held here constitute a reflection member.
  • the fitting ring 41, the reflecting member holding portions 42 and 42, and the reflecting plate holding portion 43 are integrally formed of resin.
  • the reflection plate 44 is insert-molded in the reflection plate holding portion 43, and the reflection plate holding portion 43 and the reflection plate 44 are also integrally formed. In addition, although these are not prevented from combining and shape
  • an upper position restricted portion 45 including a protruding portion protruding downward is integrated with the fitting ring 41 at a position near the measurement space 21 on the lower surface 41 b of the fitting ring 41. Is formed.
  • a hole-shaped upper position restriction in which the upper position restricted portion 45 is fitted without displacement at a position near the measurement space 21 in the step portion 33 of the ultrasonic sensor unit holding portion 30.
  • the part 37 is recessed.
  • a bottom position restricted portion 46 formed of a rod-like protrusion extending vertically downward is provided on the back surface of the reflector holding portion 43 opposite to the reflector 44.
  • the direction of the rotational direction of the reflecting plate 44 in the horizontal plane is determined by the position restricting portion 36 (FIG. 4). That is, the height, horizontal position, and orientation of the ultrasonic sensor unit 40 with respect to the ultrasonic sensor unit holding unit 30 are accurately determined simply by inserting the ultrasonic sensor unit 40 into the ultrasonic sensor unit holding unit 30.
  • the lower part of the ultrasonic sensor 50 is fitted into the fitting ring 41 of the ultrasonic sensor unit 40. At this time, the position of the ultrasonic sensor 50 in the vertical height direction is easily and accurately determined by the stepped portion 33 via the fitting ring 41 and is accurately placed horizontally.
  • the side surface of the ultrasonic sensor 50 comes into contact with the upper inner wall surface 34 of the ultrasonic sensor unit holding unit 30 and is supersonic.
  • the horizontal position of the sonic sensor 50 is determined easily and accurately.
  • the ultrasonic element of the ultrasonic sensor (not shown) is arranged at the center of the bottom surface, the position does not change depending on the rotation direction of the ultrasonic sensor 50, so that no positional deviation occurs.
  • FIG. 7A is a schematic diagram for explaining the arrival time difference of the present embodiment.
  • An ultrasonic propagation path 22 formed by a pair of ultrasonic sensors 50 and a pair of reflectors 44 is schematically shown.
  • the distance from the ultrasonic sensor 50 to the reflection plate 44 along the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3 is x 1 and x 2 , and the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3 of the pair of ultrasonic sensor unit holding parts 30.
  • intersection angle ⁇ at which the measurement flow path center line CL1 direction of the pipe body 2 intersects the measurement space center line CL2 exceeds the preset value at the preset minimum flow rate, and at the maximum flow rate.
  • the pressure loss is set so as not to exceed a preset numerical value.
  • the separation distance L is constant. The reason is that by setting the separation distance L constant, a pair of external devices that receive, analyze, and display signals from the pair of ultrasonic sensors 50 even when the pipe diameters of the measurement flow paths are different are used. This is because the ultrasonic sensor unit holders 30 and 30 can be mounted in common.
  • condition 1 “measurement accuracy is required (a sufficient arrival time difference can be obtained for measurement accuracy)” and condition 2 “pressure loss is within the specification” are required.
  • the arrival time difference ⁇ t is calculated by the following equation.
  • ⁇ t arrival time difference
  • c sound velocity (sound velocity in the fluid)
  • v f flow velocity (flow velocity of fluid in a direction parallel to the measurement flow path center line CL1)
  • L separation distance (ultrasonic sensor unit holding portion) The distance between the center lines CL3 and CL3).
  • the propagation velocity v d when transmitted from the upstream to the downstream, and the propagation velocity v u when transmitted from the downstream to the upstream are the velocity vector and the sound velocity c in the propagation direction at the intersection angle ⁇ of the flow velocity v f. And the velocity vector.
  • ⁇ t arrival time difference
  • c speed of sound
  • L ultrasonic wave propagation distance
  • v d propagation speed when transmitting from upstream to downstream
  • the crossing angle ⁇ needs to be in a range where a sufficient arrival time difference ⁇ t is satisfied at the minimum flow rate of the specification.
  • Pressure loss must be within specification
  • the pressure loss is maximized at the maximum flow rate.
  • the specifications alone such as the type of fluid, the shape and material of the tube main body 2, the shape and position of the reflecting member holding part 42, the generation state of turbulent flow and laminar flow, etc. Since it cannot be calculated, it is calculated by fluid analysis by experiment or simulation.
  • the larger the crossing angle ⁇ the smaller the channel resistance.
  • a pressure loss is defined by a standard.
  • intersection angle ⁇ of this embodiment As described above, the intersection angle ⁇ satisfying the conditions 1 and 2 is determined.
  • the crossing angle ⁇ is set to 5 to 70 ° in order to satisfy the conditions 1 and 2. ing.
  • the design may be made so that either the arrival time difference ⁇ t or the pressure loss is emphasized within the above range, if necessary.
  • the tube body 2 of the ultrasonic flowmeter 1 of the present embodiment is manufactured by casting stainless steel. After that, cutting, grinding, polishing, etc. are performed in order to ensure chamfering for safety, to ensure accuracy, and to reduce channel resistance.
  • the positions of the ultrasonic sensor 50 and the reflector 44 with respect to the tube body 2 are extremely important for ensuring measurement accuracy. For this reason, the ultrasonic sensor unit holder 30 is accurately processed with a reamer, a grindstone, or the like.
  • the cast pipe body 2 is fixed at a predetermined position as a workpiece using a chuck or a jig on a stage of a machine tool such as a reamer or a grinding machine in a posture as shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor unit holding unit 30 is set to a posture that opens vertically upward.
  • the flow channel pipe 10 and the measurement pipe 20 of the pipe main body 2 are made horizontal.
  • one ultrasonic sensor unit holding unit 30 is processed by moving the tool vertically downward.
  • the other ultrasonic sensor unit holding unit 30 is processed by moving the tool horizontally and moving vertically downward.
  • the pipe body 2 Since both are opened vertically upward, the pipe body 2 is precisely fixed at a predetermined position using a jig on the stage of the machine tool, and the angle of the processing direction of the tool of the ultrasonic sensor unit holding unit 30 is precisely set. There is no need for indexing, and only the horizontal position of the tool is translated and moved. In this case, one ultrasonic sensor unit holding part 30 and the other ultrasonic sensor unit holding part 30 do not move while the tube main body 2 is fixed, and only the horizontal movement of the tool, so that the accuracy of the machine tool is maximized. Processing that makes the most of it becomes possible.
  • maintenance part 30 can maintain a parallel relationship mutually with high precision.
  • the ultrasonic sensor unit 40 is attached to the tube main body 2 whose surface and inside have been processed.
  • the ultrasonic sensor unit 40 including the reflector plate holding portion 43 in which the reflector plate 44 is already insert-molded is accurately integrally formed of resin. For this reason, the positional relationship between the fitting ring 41 and the reflection plate 44 is accurately maintained.
  • the ultrasonic sensor unit 40 in which the reflector 44 is insert-molded is inserted into the ultrasonic sensor unit holding unit 30.
  • the fitting ring 41 is positioned by the step portion 33 and the upper inner wall surface 34 as described above, and the upper position restricted portion 45 is also fitted to the upper position restricting portion 37, and the ultrasonic sensor unit. 40 rotations are restricted. Further, as shown in FIG.
  • the bottom position restricted portion 46 is fitted into the bottom position restricting portion 36 to define the height of the ultrasonic sensor unit 40 and the direction of the rotation direction.
  • the bottom position regulated portion 46 supports not only the positioning but also the ultrasonic sensor unit 40, and particularly stabilizes the reflector 44 so as not to vibrate due to the fluid.
  • the ultrasonic sensor 50 is fixed to the step portion 33 via the fitting ring 41.
  • well-known materials such as various cover materials, a sealing member, a sealing agent, an adhesive agent, a spacer, a screw, can be used suitably, the description is abbreviate
  • the ultrasonic flowmeter 1 includes, for example, an inflow port 11 and an outflow port 13 connected in series between an upstream side 6 a and a downstream side 6 b of a hot water supply channel 6 serving as a heat source such as heating. Placed in.
  • the arrangement position is separated from the elbow pipe or the like and is attached to a position where the flow is stable.
  • the mounting posture is not limited to that shown in the figure, and is a posture in which bubbles or the like are not stored in the pipe.
  • the pair of ultrasonic sensor unit holding units 30 and 30 of the ultrasonic flowmeter 1 mounted in this way is mounted with a display unit 5 as indicated by a virtual line.
  • the display unit 5 has its connection units 5a and 5b connected to the ultrasonic sensor unit holding units 30 and 30 in an airtight manner. Although not shown in the figure, the display unit 5 is electrically connected to the ultrasonic sensors 50, 50, transmits and receives signals, analyzes the signals, calculates the flow rate, and the display unit 5 displays the flow rate. And an output unit for transmitting the flow rate as data to the outside. In attaching the display unit 5, the distance between the connection units 5a and 5b is constant, and the distance L between the center lines CL3 and CL3 of the pair of ultrasonic sensor unit holding units 30 and 30 is set to the constant value. Therefore, the display unit 5 can be easily attached to the ultrasonic flowmeter 1 without any particular adjustment.
  • the ultrasonic flowmeter 1 mounted in this way transmits and receives an ultrasonic signal US from the ultrasonic sensors 50 and 50.
  • the ultrasonic signal US transmitted from one ultrasonic sensor 50 is transmitted downward in FIG. 4 around the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3, hits the reflection plate 44, is reflected, and the ultrasonic signal US is Then, it bends 90 degrees accurately and proceeds through the measurement space 21 around the measurement space center line CL2.
  • An ultrasonic propagation path 22 having a width equivalent to the transmission width of the ultrasonic signal US is formed as a measurement space 21 by the measurement tube 20.
  • the measurement is performed when the fluid (warm water) flows down the measurement flow path 15 formed by the reduced diameter portion 17 of the flow path pipe 10 without greatly attenuating the transmitted ultrasonic signal US.
  • the ultrasonic signal US crosses the entire width of the flow path 15 obliquely.
  • the ultrasonic signal US traveling in the measurement space 21 around the measurement space center line CL2 hits the reflection plate 44, is reflected, bent 90 degrees, and sent upward in FIG. It proceeds around the unit holding part center line CL3 and reaches the receiving surface of the other ultrasonic sensor 50.
  • the ultrasonic signal US traveling through the ultrasonic propagation path 22 is not limited to the central portion in the width direction of the measurement flow path 15 formed so that the flow velocity of the fluid is increased by the reduced diameter portion 17 of the flow path tube 10. It is affected by the flow of the fluid over the entire width of the measurement channel 15 without fail. Therefore, even when the flow velocity is different between the center part and the end part, or even when a drift or a turbulent flow in which the flow center is biased vertically or horizontally occurs, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy.
  • the ultrasonic sensor unit 40 shown in FIG. 5A and the like the positions of the reflecting member holding portion 42 and the reflecting plate holding portion 43 are reduced as shown in FIG. 3 and FIG.
  • the measurement channel 15 formed by 17 is configured to be offset in the width direction so that the channel is not easily obstructed. For this reason, the ultrasonic sensor unit 40 is configured to increase the flow resistance of the measurement flow path 15 so that the pressure loss of the ultrasonic flowmeter 1 does not increase.
  • the difference between the propagation time of the ultrasonic signal from one side and the propagation time of the ultrasonic signal from the other is detected by the upstream ultrasonic sensor and the downstream ultrasonic sensor 50 in the flow path. Measure the flow rate. The measured flow rate is displayed on the display unit 5, stored, and transmitted to the outside.
  • the ultrasonic sensor unit holding part 30 of the pipe body 2 can be processed from the same direction, it is not necessary to change the work by the chuck of the pipe body 2 that is the work or to rotate the jig that holds the pipe body 2 that is the work.
  • the ultrasonic sensor unit holding part 30 can be processed with the tube body 2 fixed at the same position. Therefore, the number of processing steps can be reduced, and the process can be simplified.
  • the ultrasonic sensor unit 40 held here holds the tube body 2 with a small displacement in the emission direction of the ultrasonic signal and an accurate sending direction. And the measurement accuracy can be improved.
  • the ultrasonic sensor unit 40 By using the ultrasonic sensor unit 40 common to the common ultrasonic sensor unit holding part 30, a common configuration can be shared even if the pipe diameters are different. Since the opening of the ultrasonic sensor unit holding unit 30 faces in the same direction, the wiring of the ultrasonic sensor 50 can be arranged in the same direction even when the display unit 5 is attached. Becomes easy. In addition, the wiring of the ultrasonic sensor 50 can be shortened, and protrusion and exposure to the outside can be suppressed.
  • the crossing angle ⁇ is By adjusting, it is possible to share an external device such as the display unit 5 of the same standard.
  • the ultrasonic signal US can be accurately transmitted and received between the ultrasonic sensors 50. Therefore, since the received ultrasonic signal US is less attenuated and a high wave height can be obtained, the S / N ratio can be increased and the flow meter 1 having high accuracy can be obtained.
  • the received ultrasonic signal US is less attenuated and a high wave height can be obtained, even if the ultrasonic wave propagation path 22 of the ultrasonic signal US changes due to the flow of the fluid F and bends, The wave height of the received ultrasonic signal US can be kept relatively high.
  • the ultrasonic signal US obliquely passes through the measurement channel 15 formed by the reduced diameter portion 17 of the channel tube 10 of the tube body 2, not only the central portion in the width direction of the measurement channel 15 through which the fluid F flows Since the ultrasonic signal US propagates in the entire width direction including the peripheral portion, the entire measurement channel 15 can be measured, and the measurement accuracy of the flow rate can be improved.
  • the measurement space center line CL2 of the ultrasonic propagation path 22 and the measurement flow path center line CL1 of the measurement flow path 15 formed by the reduced diameter portion 17 of the flow path pipe 10 of the pipe body 2 have a predetermined crossing angle ⁇ . Therefore, since the ultrasonic sensor unit 40 can be offset to a position where the measurement flow path 15 is not easily obstructed, the flow path resistance can be lowered and the pressure loss can be reduced. Even a small-diameter tube can prevent a flow path and can have a relatively small pressure loss.
  • the measurement space center line CL2 of the ultrasonic propagation path 22 and the measurement flow path center line CL1 of the measurement flow path 15 formed by the reduced diameter portion 17 of the flow path pipe 10 of the pipe body 2 have a predetermined crossing angle ⁇ . Since the distance L between the ultrasonic sensor unit holding part center lines CL3 and CL3 can be increased, a sufficient arrival time difference ⁇ t necessary for measurement can be obtained.
  • the ultrasonic sensor unit 40 that integrally holds the reflector 44 and the ultrasonic sensor 50 is held in the ultrasonic sensor unit holder 30, the ultrasonic sensor 50 and the reflector 44 are easily attached to the ultrasonic flowmeter 1. can do.
  • the fitting ring 41 of the ultrasonic sensor unit 40 comes into contact with the stepped part 33 of the ultrasonic sensor unit holding part 30, and the upper position The regulated portion 45 is fitted into the upper position regulating portion 37.
  • the ultrasonic sensor unit 40 can be attached in the direction of the accurate rotation direction centering on the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3.
  • the bottom position regulated part 46 protruding downward from the back surface of the reflector holding part 43 of the ultrasonic sensor unit 40 is The height of the ultrasonic sensor unit 40 relative to the tube main body 2 is accurately set because it is fitted into the bottom position restricting portion 36 provided in the bottom surface 32 of the sensor unit holding portion 30.
  • the ultrasonic sensor unit 40 can be set to an accurate rotation direction around the ultrasonic sensor unit holding portion center line CL3.
  • the bottom position regulated portion 46 is fitted into the bottom position regulating portion 36, it is possible to suppress the reflector 44 held by the ultrasonic sensor unit 40 from becoming unstable due to the influence of the fluid.
  • the reflecting member may be implemented as follows.
  • (Modification 1) In the above embodiment, the back surface of the reflection plate holding portion 43 is formed in a plate shape. However, as shown in FIG. 8A, the reflection plate is held by a cylinder having an inclined surface with an inclination of 45 degrees as the upper surface. The reflection plate 44 may be held on the slope (upper surface) of the reflection plate holding portion 43 by forming the portion 43.
  • the reflector 44 can be stably held. Further, by reducing the flow of the fluid to the back surface of the reflecting plate 44, the flow of the fluid can be made smooth, and an increase in the channel resistance can be suppressed.
  • the reflection member holding portion 42 is extended to the back surface portion of the reflection plate 44 so as to cover the back surface of the reflection plate 44.
  • the flow of the fluid can be made smooth by reducing the wraparound of the fluid to the back surface of the reflecting plate 44, and the raise of flow path resistance can be suppressed.
  • FIG. 9 is a perspective view of the ultrasonic flowmeter 1 of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a horizontal sectional view taken along the line CC of FIG.
  • the tube body 2 of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, while the channel tube 10 constituting the measurement channel 15 (FIG. 10) is a pair of ultrasonic waves.
  • the sensor unit 40 is disposed on the same side with respect to the measurement flow path center line CL1 of the pipe body 2.
  • the measurement space center line CL2a of the measurement space 21 formed by the upstream measurement tube 20 is aligned with the measurement channel center line CL1 of the measurement channel 15 formed by the channel tube 10 of the tube body 2. Cross diagonally.
  • the measurement space center line CL2a reaches the inner wall surface of the measurement channel 15 formed by the channel tube 10 of the tube body 2. Therefore, the ultrasonic signal US sent along the measurement space center line CL2a is reflected by the inner wall surface.
  • the reflected ultrasonic signal US travels obliquely intersecting the measurement flow path center line CL1 again.
  • the measurement space center line CL2b of the measurement space 21 formed by the downstream measurement tube 20 is formed along the path of the ultrasonic signal US. Therefore, the pipe body 2 has a shape that is a surface object on the upstream side and the downstream side.
  • the ultrasonic signal US transmitted from one ultrasonic sensor 50a is transmitted downward in FIG. 9 around the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3, and hits the reflection plate 44 and is reflected.
  • the ultrasonic signal US bends precisely 90 degrees and travels through the measurement space 21 around the measurement space center line CL2a.
  • An ultrasonic propagation path 22 having a width equivalent to the transmission width of the ultrasonic signal US is formed as a measurement space 21 by the measurement tube 20.
  • the ultrasonic signal US crosses the entire width of the measurement channel 15 obliquely.
  • the ultrasonic signal US reaches the inner wall surface of the reduced diameter portion 17 of the flow channel tube 10 and is reflected. Thereafter, as shown in FIG. 10, the ultrasonic signal US that intersects the measurement flow path center line CL1 again and travels through the measurement space 21 with the measurement space center line CL2b as the center is reflected by the reflection plate 44, and is bent 90 degrees.
  • the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3 is the center, and it reaches the receiving surface of the other ultrasonic sensor 50b.
  • the pipe body 2 is made of stainless steel, and the inner wall surface of the pipe body 2 is polished smoothly so as to reduce the flow path resistance, so that the ultrasonic signal US is reflected sufficiently efficiently.
  • the ultrasonic signal US that has passed through the measurement flow path center line CL1 is reflected again so as to pass through the measurement flow path center line CL1, but from the center lines CL2a and CL2b in the height direction of the ultrasonic propagation path 22.
  • the ultrasonic signal US propagating through the ultrasonic wave propagation path 22 at the upper and lower positions, particularly at the upper and lower peripheral edge portions, does not reflect in the direction parallel to the center lines CL2a and CL2b. Therefore, the ultrasonic signal US sent from one ultrasonic sensor 50a or 50b does not reach the other ultrasonic sensor 50b or 50a more efficiently than the first embodiment.
  • the shape can be made more compact than the ultrasonic flowmeter 1 of the first embodiment.
  • the ultrasonic propagation distance is lengthened and the first embodiment
  • the arrival time difference ⁇ t can be increased.
  • the pair of ultrasonic sensor units 40 face the measurement flow path center line CL1 of the flow path pipe 10 of the pipe body 2 as in the first embodiment. Arranged on the side.
  • the ultrasonic signal US obliquely intersects the measurement flow path center line CL1 of the flow path pipe 10 of the pipe body 2.
  • the inclination angle of each of the reflection plates 44a and 44b is not 45 degrees with respect to the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3.
  • the ultrasonic signal US sent from one ultrasonic sensor 50a is sent downward along the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3a, and is reflected by the reflecting plate 44a.
  • the ultrasonic signal US is reflected upward from the measurement space center line CL ⁇ b> 2 and reaches the inner wall surface above the measurement space 21 formed inside the measurement tube 20.
  • the ultrasonic signal US is reflected again by the inner wall surface, and then reaches the inner wall surface below the measurement space 21 and is reflected again.
  • the reflected ultrasonic signal US reaches the reflection plate 44b, propagates upward along the ultrasonic sensor unit holding part center line CL3b, and is received by the ultrasonic sensor 50b.
  • the ultrasonic flow meter 1 of the third embodiment the following effects can be obtained. If the distance L between the ultrasonic sensor unit holding part center lines CL3 and CL3 is the same as that of the ultrasonic flowmeter 1 of the first embodiment, the ultrasonic propagation distance is made longer than that of the first embodiment. The arrival time difference ⁇ t can be increased.
  • the ultrasonic sensor unit 40 holds the ultrasonic sensor 50 in the measurement space 21 such that the ultrasonic signal of the ultrasonic sensor 50 is transmitted along the measurement space center line CL2.
  • the ultrasonic sensor 50 can be held by the ultrasonic sensor unit 40 in the same manner as the holding of the reflection plate 44 in the first embodiment. That is, in the fourth embodiment, the reflection member holding portion 42 of the ultrasonic sensor unit 40 can function as an ultrasonic sensor holding portion that holds the ultrasonic sensor 50 in the measurement space 21.
  • the ultrasonic flow meter 1 of the fourth embodiment the following effects can be obtained.
  • the reflecting plate 44 is not provided as compared with the first embodiment, the number of components is small and a simple structure can be achieved. Therefore, the number of steps required for manufacturing can be reduced.
  • the reflecting plate 44 is not provided as compared with the first embodiment, a more compact configuration can be achieved.
  • the ultrasonic sensor 50 the positional relationship with the ultrasonic sensor unit 40 is accurately maintained by the ultrasonic sensor unit 40.
  • the ultrasonic sensor unit 40 is held by the ultrasonic sensor unit holding unit 30.
  • the ultrasonic sensor unit holding unit 30 is processed in an extremely accurate positional relationship with respect to the tube body 2. Further, the ultrasonic sensor 50 held by the ultrasonic sensor unit 40 is held in a very accurate position with respect to the tube main body 2 only by being inserted into the ultrasonic sensor unit holding part 30, and in a stable state. Retained.
  • FIG. 13 is a horizontal sectional view of the ultrasonic flowmeter 1 of the fifth embodiment.
  • the flow path pipe 10 constituting the measurement flow path 15 has the same configuration as that of the first embodiment, and the pair of ultrasonic sensor units 40 is also the measurement flow path of the pipe main body 2. Arranged on the side facing the center line CL1.
  • the measurement space center line CL2 of the measurement space 21 formed by the measurement tube 20 intersects with the measurement channel center line CL1 of the measurement channel 15 formed by the channel tube 10 of the tube body 2 obliquely.
  • the measurement space center line CL2 of the measurement space 21 extends along a plane including the measurement channel center line CL1 of the measurement channel 15 formed by the channel tube 10 of the tube body 2.
  • the ultrasonic signal US propagating along the measurement space center line CL ⁇ b> 2 is reflected by the inner wall surface of the measurement space 21. Then, the reflected ultrasonic signal US is reflected again by the opposing inner wall surface. Then, the ultrasonic wave signal US is received by the other ultrasonic sensor 50 by the reflection plate 44.
  • the flow channel tube 10 is used as the measurement tube 20. According to the ultrasonic flowmeter 1 of the fifth embodiment, the following effects can be obtained.
  • the shape can be made extremely compact compared to the ultrasonic flowmeter 1 of the first embodiment. If the distance L between the ultrasonic sensor unit holding part center lines CL3 and CL3 is the same, the ultrasonic propagation distance is made longer than the ultrasonic flowmeter 1 of the first embodiment, and the arrival time difference ⁇ t is increased. be able to.
  • FIG. 14 is a horizontal sectional view of the sixth embodiment.
  • the flow channel pipe 10 provided in the pipe body 2 has basically the same configuration as that of the first embodiment, and includes a reduced diameter portion 17 having an inner diameter smaller than that of the inlet 11 in order to increase the fluid flow velocity. This is also common in that the diameter portion 17 constitutes the measurement flow path 15.
  • the difference from the first embodiment is that the enlarged diameter portion 4 having a large inner diameter is provided between the inlet 11 and the reduced diameter portion 17.
  • the pair of ultrasonic sensor unit holding parts 30, 30 is arranged inside the reduced diameter part 17.
  • the ultrasonic sensor unit holding portions 30 and 30 at both ends of the measuring tube 20 are different in that they are arranged in the diameter-enlarged portion 4 outside the diameter-reduced portion 17.
  • the enlarged diameter portion 4 is provided outside the reduced diameter portion 17 constituting the measurement flow path 15, and the pair of ultrasonic sensor unit holding portions 30, 30 are arranged outside the reduced diameter portion 17. Since it is arrange
  • the pair of ultrasonic sensor unit holding portions 30 and 30 are arranged in the enlarged diameter portion 4, the flow of fluid at the outer end portion of the reduced diameter portion 17, that is, the flow of fluid in the measurement flow path 15. Does not block the flow. Further, it is not necessary to make an offset so that the pair of ultrasonic sensor unit holding portions 30, 30 protrudes greatly outside the flow channel tube 10, and it is not necessary to form a significant protrusion on the outside of the flow channel tube 10.
  • the tube main body 2 has a cylindrical shape that allows fluid to pass therethrough, but the cylindrical shape is not limited to a cylindrical shape, and may have various cross-sections or may have a plurality of flow paths as long as the fluid can flow.
  • the pipe main body 2 illustrated stainless steel you may be comprised by the bronze casting, the cast iron pipe, the brass pipe, or resin or ceramics.
  • An inner pipe may be provided.
  • a typical example of the ultrasonic sensor is a ceramic piezoelectric element capable of transmitting and receiving, but the material is not limited. Further, a transmitting ultrasonic sensor and a receiving ultrasonic sensor may be used, respectively, and the configuration is not limited as long as an ultrasonic signal can be transmitted and received.
  • Ultrasound means a frequency exceeding the audible sound, but the frequency can be appropriately selected depending on the material and the like, and the combination of a plurality of frequencies is not prevented.
  • the connection between the ultrasonic sensor and the tubes is not described in detail, but can be appropriately fixed by a well-known method and sealed with an elastic body or a filler. Or it does not prevent using a lid material and a spacer suitably. It also includes processing including joining with a flange and screwing with a screw.
  • tube main body 2 is not limited to a reamer or a grindstone,
  • polishing, laser processing, electrical discharge machining, is not limited.
  • the pipe body 2 as a workpiece is not limited to the posture in which the ultrasonic sensor unit holding part 30 is opened vertically upward, but is machined in a posture that makes it easy to increase accuracy in a machine tool, such as a horizontal direction. be able to.
  • the reflecting member is not limited to integrating the reflecting plate 44 as shown in FIG. 5A, FIG. 8C, etc. with the resin reflecting plate holding portion 43 by insert molding, but the reflecting plate 44 is made of resin. It may be integrated with the reflector holder 43 made of heat by caulking. Further, the reflecting member may be composed of only the reflecting plate 44 regardless of the reflecting plate 44 and the reflecting plate holding portion 43. Further, the reflection plate 44 may be formed of a simple thin film.
  • the display unit 5 can adopt various configurations, and may simply extract a signal from the ultrasonic sensor 50 and process it remotely, or conversely, control the signal processing or the like within the ultrasonic sensor 50. Good.
  • CL1 Measurement channel center line (center axis), CL2 ... Measurement space center line (center axis), CL3 ... Ultrasonic sensor unit holding part center line (center axis), ⁇ ... cross angle, F ... fluid, US ... super Sound wave signal, t (t d ⁇ t u ) ... propagation time, ⁇ t ... arrival time difference, c ... sound velocity, v f ... flow velocity, L ... separation distance, 1 ... ultrasonic flowmeter, 2 ... pipe body, 4 ... diameter expansion , 5 ... display part, 6 ... supply flow path, 6 a ... upstream side, 6 b ... downstream side, 10 ... flow path pipe, 11 ... inflow port, 13 ...
  • Reflective plate (reflective member), 45 ... Upper position restricted part , 46 ... bottom position regulated part, 50 ... ultrasonic sensor, 101 ... ultrasonic flow meter (conventional technology 1), 201 ... ultrasonic flow meter (conventional technology 2).

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

超音波流量計は、流体を通過させる計測流路を構成する流路管（１０）を備えた管本体と、管本体の上流側と下流側にそれぞれ設けられた超音波センサ（５０）と、管本体において計測流路と連通し、かつ計測流路の中心軸方向に対して斜めに交差する中心軸を有し、一対の超音波センサ（５０）の超音波伝播経路を形成する計測空間を構成する計測管（２０）と、一対の超音波センサ（５０）を保持する一対の超音波センサユニット（４０）を保持する一対の超音波センサユニット保持部（３０）とを備える。一対の超音波センサユニット保持部は、計測流路の中心軸を含む面と直交する方向に開口し、一対の超音波センサユニットを同一方向から一対の超音波センサユニット保持部に挿入可能である。一対の超音波センサ（５０）の超音波の往復の伝播時間の到達時間差から測定対象である流体の流量を測定する。

Description

超音波流量計
　本発明は、超音波流量計に関する。
　従来より、気体や液体のような流体物を通過させる流路内の上流側と下流側に一対の超音波素子を配置し、一方からの超音波信号の伝播時間と、他方からの超音波信号の伝播時間の差から、流体の流量を計測する超音波流量計が知られている。
　例えば、図１５に示すように特許文献１に示す超音波流量計１０１では、計測流路を構成する直線状の円筒の管１０２の側面に長手方向に沿って上流側と下流側に外部に開口した一対のセンサ挿入孔１０３、１０４内に超音波センサ１０５、１０６をそれぞれ内部に向けて配置する。一対のセンサ挿入孔１０３、１０４の間の管１０２の内部には流速を速める縮径管１０７を備える。超音波センサ１０５、１０６から管１０７内に発せられた超音波信号を縮径管１０７の内径全体を超音波信号が通るように管１０７の中心軸線に沿って直交方向に反射させるため、一対の反射面１０８、１０９を管の計測流路中心線ＣＬ１００に沿って備える。反射面１０８、１０９の間の計測流路中心線ＣＬ１００に沿って超音波信号の送受波が行われ、流体の流れに沿った順方向の超音波信号の伝播時間と、流体の流れに逆らった逆方向の超音波信号の伝播時間との差に基づいて、計測流路を通過する流体の流速及び流量を計測する。
　また、図１６に示すように特許文献２に示す超音波流量計２０１では、計測流路を構成する円筒状のインナースリーブ２０２の両端部にインナースリーブ２０２の計測流路中心線ＣＬ２００方向に対して斜め前方と斜め後方に突出した一対のセンサ保持部２０３、２０４が設けられている。それら一対のセンサ保持部２０３、２０４に超音波センサ２０５、２０６が保持されている。そして、超音波センサ２０５、２０６の間、即ち、計測流路を斜めに横切る方向で超音波信号の送受波が行われ、流体の流れに沿った順方向の超音波信号の伝播時間と、流体の流れに逆らった逆方向の超音波信号の伝播時間との差に基づいて、計測流路を通過する流体の流速及び流量を計測する。
中国実用新案公告第２０４８８１９２３号明細書 特開２０１４－７１０５８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載した発明では、流路内を通過する流体の全体の速度を超音波で測定するために縮径管１０７を備え、計測流路中心線ＣＬ１００に沿って縮径管１０７の内径を全部カバーするように反射面１０８、１０９が配置される。そのため、反射面１０８、１０９が計測流路の流れを妨げるように配置されることになって流路抵抗が大きくなり、超音波流量計としては圧力損失が大きくなるという問題があった。
　一方、特許文献２に記載した発明では、一対の超音波センサ２０５、２０６は、インナースリーブ２０２を斜めに横切る方向で配置されて超音波信号の送受波が行われるため、インナースリーブ２０２の流れを妨げにくく、かつ流路全体の流量を測定できる。
　ところが、一対の超音波センサ２０５、２０６が、計測流路を斜めに横切る方向で配置されるためには、インナースリーブ２０２の中心軸を挟んで対向する方向から、斜めに超音波センサ２０５，２０６から送出される超音波信号の射出方向を正確に保持するため、センサ保持部２０３、２０４の形状を精度高く加工する必要がある。この場合インナースリーブ２０２に斜めにセンサ保持部２０３、２０４を形成するには、対向する方向からの加工が必要となる。そのため、一般に加工時にワークを保持するチャックを持ち替えたり、ステージを回転させたりするので、加工が複雑になるばかりか、座標位置の基準となるワークの移動により工作精度が下がり正確な方向に超音波信号が射出できなくなることもある。超音波信号の射出方向が不正確になると伝播される超音波信号を受信した際に十分な波高が得られないことがあり、その場合はＳ／Ｎ比が低下するなどして測定精度が低下する原因となる。
　本発明の課題は、その製造が容易であり、かつ圧力損失が小さく、測定精度が高い超音波流量計を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本願に係る超音波流量計は、測定対象である流体を通過させる計測流路を備えた筒状の管本体と、当該流体が流れる前記管本体の上流位置と下流位置とにそれぞれ配置され相互に超音波信号を伝播させる一対の超音波センサとを備え、一方の超音波センサから他方の超音波センサまでの超音波信号の伝播時間と、他方の超音波センサから一方の超音波センサまでの超音波信号の伝播時間との到達時間差から測定対象である流体の流量を測定する超音波流量計であって、前記管本体は、前記計測流路と連通する計測空間を含み、当該計測空間は、前記一対の超音波センサの超音波伝播経路を規定し、前記超音波伝播経路は、前記計測流路の中心軸に対して斜めに交差する中心軸を有し、前記超音波流量計はさらに、前記一対の超音波センサを保持する一対の超音波センサユニットと、一対の超音波センサユニットを保持する一対の超音波センサユニット保持部とを備え、前記一対の超音波センサユニット保持部は、前記計測流路の中心軸を含む面と直交する方向に開口し、前記一対の超音波センサユニットを同一方向から挿入して保持可能な開口部を含む。
　また、好ましくは、一対の超音波センサユニットは、超音波センサが超音波伝播経路の中心軸に沿った方向に超音波信号を送出するように超音波センサユニット保持部に配置されてもよい。
　また、一対の超音波センサユニットは、超音波センサユニットの挿入方向に超音波信号を送出するように超音波センサユニット保持部に配置されるとともに、この超音波センサから送出された超音波信号を超音波伝播経路の中心軸に沿った方向に反射させる一対の反射部材を備えてもよい。
　また、一対の超音波センサユニットは、計測流路の中心軸に対して対向する側に配置され、計測流路の中心軸に対して斜めに交差する中心軸を有する超音波伝播経路を形成してもよい。
　また、一対の超音波センサユニットは、計測流路の中心軸に対して対向する側に配置され、計測流路の中心軸に対して斜めに交差するとともに、超音波センサユニット保持部の開口方向の中心軸を含む面に沿って計測空間内で反射して複数の軸を有する屈曲した超音波伝播経路を形成してもよい。
　また、一対の超音波センサユニットは、計測流路の中心軸に対して同一の側に配置され、計測流路の中心軸に対して斜めに交差するとともに、計測流路の中心軸を含む面と直交する面に沿って計測空間内を反射して複数の軸を有する屈曲した超音波伝播経路を形成してもよい。
　また、一対の超音波センサユニットは、計測流路の中心軸に対して対向する側に配置され、計測流路の中心軸に対して斜めに交差するとともに、計測流路の中心軸を含む面と直交する面に沿って計測空間内を反射して複数の軸を有する屈曲した超音波伝播経路を形成してもよい。
　また、計測流路の中央部に縮径部を設けてもよい。また、管本体は、その縮径部の両端部にこの縮径部より内径が大きい拡径部を含んでもよい。この場合、超音波センサユニット保持部を拡径部に配置するようにしてもよい。
　また、一対の超音波センサユニット保持部の中心軸間の距離を一定として、計測流路の中心軸方向と計測空間の中心軸とが交差する角度は、到達時間差が、予め設定された最小流量時において予め設定した値を超えるとともに、圧力損失が予め設定された数値を超えないように設定してもよい。この場合、流体が液体であれば交差する角度を５～７０°としてもよい。
　また、超音波センサユニットは、反射部材なしで超音波センサを計測空間に保持する超音波センサ保持部を備えてもよい。あるいは、超音波センサユニットは、超音波センサ保持部と、反射部材を保持する反射部材保持部とを備えてもよい。
　また、超音波センサユニット保持部の開口部は挿入方向から見て円形であり、超音波センサユニットは、挿入方向から見て円形の輪郭を有して超音波センサユニット保持部に嵌合されてもよい。また、超音波センサユニットおよび超音波センサユニット保持部は、超音波センサから送出された超音波信号を超音波伝播経路に伝播させる位置に超音波センサユニットを位置決めするとともに当該超音波センサユニットの回転を規制する位置規制構造を備えてもよい。
　また、超音波センサユニットは、超音波センサユニット保持部への超音波センサユニットの挿入時に超音波センサユニット保持部に当接して超音波センサユニットの挿入方向における高さ位置を決定する高さ位置決定部を備えてもよい。
　また、位置規制構造は、超音波センサユニットの反射板保持部から下方に延びる突起と、超音波センサユニット保持部の底面に形成され、突起が嵌入される穴とで構成されてもよい。
　また、超音波センサユニット保持部は、超音波センサ保持部を支持する段差部を含んでもよい。この場合、位置規制構造はさらに、超音波センサ保持部から下方に突出する突部と、超音波センサユニット保持部の段差部に形成され、突部が嵌入される穴とで構成されてもよい。
　また、反射部材は、反射板と、その反射板を保持する反射板保持部とを含んでもよい。この場合、反射板保持部の背面を板状に形成してもよい。あるいは、反射板保持部は、傾き４５度の斜面を上面として有する円柱によって形成され、この円柱の斜面に反射板を保持してもよい。あるいは、反射板保持部の背面を半球状に形成してもよい。
　また、超音波センサユニットは、反射部材の背面を挿入方向に沿って覆うように形成された壁面を備えてもよい。
　また、反射部材が、反射板と反射板保持部とを含む場合、反射板が反射板保持部に熱かしめにより一体化されてもよい。
　本発明によれば、その製造が容易であり、かつ圧力損失をより小さくでき、測定精度を高めることができる。
第１の実施形態の超音波流量計の使用状態を示す斜視図。 第１の実施形態の超音波流量計の分解斜視図。 第１の実施形態の超音波流量計のＡ－Ａ水平断面図。 第１の実施形態の超音波流量計の計測空間Ｂ－Ｂ垂直断面図。 第１の実施形態の超音波センサユニット。（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図。 （ａ）第１の実施形態の超音波センサユニット、（ｂ）超音波センサユニット保持部の位置決め構成を示す。 （ａ）到達時間差を説明する模式図、（ｂ）交差角θが小さい場合の伝播速度を説明する模式図、（ｃ）交差角θが大きい場合の伝播速度を説明する模式図。 （ａ）～（ｃ）超音波センサユニットの反射部材の変形例を示す図。 第２の実施形態の超音波流量計の斜視図。 第２の実施形態の超音波流量計のＣ－Ｃ水平断面図。 第３の実施形態の超音波流量計の計測空間の垂直断面図。 第４の実施形態の超音波流量計の分解斜視図。 第５の実施形態の超音波流量計の水平断面図。 第６の実施形態の超音波流量計の水平断面図。 従来技術１の超音波流量計を示す断面図。 従来技術２の超音波流量計を示す断面図。
　（第１の実施形態）
　以下、本発明の一実施形態を図１～８に基づいて説明する。
　図１は、本実施形態の超音波流量計１の使用状態を示す斜視図であり、周辺との接続関係の例も示す。図２は、本実施形態の超音波流量計１の分解斜視図を示す。図３は、図１のＡ－Ａ断面であり、管本体２の計測流路中心線ＣＬ１に沿った水平断面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ断面であり、計測空間中心線ＣＬ２に沿った垂直断面図である。なお、本願においては構成の説明の便宜上、図示された姿勢において鉛直や水平の語を説明に用いるが、いうまでもなく実際の超音波流量計の設置の姿勢はこれに限定されるものではない。
　（超音波流量計１の全体構成）
　図１に示すように本実施形態の超音波流量計１は、管本体２を備え、例えば金属、実施形態ではステンレススチールから構成されている。管本体２は測定対象である流体Ｆ、例えばこの実施形態では熱量供給用の温水を通過させる流路管１０を備える。また、この流路管１０と斜めに交差する計測管２０を備え、計測管２０の両端部には超音波センサ５０を備えた超音波センサユニット保持部３０が設けられている。
　（計測流路１５）
　図３に示すように、管本体２の流路管１０は、上流側（図１～３において左側）に開口する流入口１１と、その周囲のフランジ部１２を備えるとともに、下流側に開口する流出口１３と、その周囲のフランジ部１４とを備える。流路管１０は、管本体２の内部に流入口１１から流入した温水を通過させ流出口１３から流出させる計測流路１５を形成する。超音波流量計１の内部において、流入口１１の上流側の端部には円筒状の空間が形成されている。流入口１１の下流側の端部から下流側に行くにしたがって内径が狭まるテーパ部１６が続く。そして、流路管１０の中央部にはテーパ部１６のもっとも小さな内径と同径の空間を有した円筒形の縮径部１７が形成されている。そして、縮径部１７の下流側の端部には、下流に行くにしたがって径が拡がるテーパ部１８が連続して設けられ、テーパ部１８のもっとも大きな内径と同径の円筒状の流出口１３が下流側に開口している。流路管１０の上流側と下流側は、対称な形状となっている。また、流入口１１、流出口１３には、管接続のための周知の加工がなされているが、詳細な説明は省略する。
　（計測空間２１）
　管本体２の計測流路中心線ＣＬ１に対してこれを含む水平面において交差角θで斜めに交差する計測空間中心線ＣＬ２を有する計測空間２１を形成する円筒形の計測管２０が形成されている。計測空間２１は、超音波センサ５０、５０（図１）から送受信される超音波信号ＵＳが伝播される超音波伝播経路２２を形成する。
　計測管２０内部の計測空間２１は管本体２内で計測流路１５を斜めに横断するように形成され、計測流路１５と計測空間２１は連通するように形成されている。計測空間２１は、管本体２の計測流路１５を形成する縮径部１７と同径の内径を有する。計測管２０の両端部は管本体２の計測流路中心線ＣＬ１に対して対向する側に配置され、超音波センサユニット保持部３０がテーパ部１６、１８より管本体２の長手方向内側の縮径部１７の一部に飛び出すように配置される。
　（超音波センサユニット保持部３０）
　図４に示すように、計測空間２１の両端部には、それぞれ超音波センサユニット保持部３０が形成されている。超音波センサユニット保持部３０は、計測空間２１と連通する筒部３１からなり、計測空間中心線ＣＬ２と直交する鉛直方向の超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心とした上部が開放した有底円筒状の空間として形成されている。すなわち、超音波センサユニット保持部３０、３０の中心線ＣＬ３、ＣＬ３は、相互に平行で、超音波センサユニット保持部３０、３０は、同じ垂直方向上側に開口している。超音波センサユニット保持部３０、３０の内径は計測空間２１の内径よりも大きな内径となっている。超音波センサユニット保持部３０、３０の底面３２、３２は、水平な平面として形成され、計測空間２１のもっとも低い位置より低く掘り下げるように形成されている。超音波センサユニット保持部３０は、詳細にはその上部と下部が同心異径の円筒形の形状となっており、上端から３分の１あたりまでの上部の内面である上部内壁面３４の内径は、それより下部の下部内壁面３５の内径より大きく形成されている。そして、上部内壁面３４と下部内壁面３５との境界部分は、ドーナツ状の水平な平面として形成された段差部３３となっている。
　図２に示すように、超音波センサユニット保持部３０、３０には、超音波センサユニット４０を介して超音波センサ５０及び反射板４４が所定の位置に保持される。
　（超音波センサユニット４０）
　図５（ａ）は、超音波センサユニット４０の斜視図であり、図５（ｂ）は、計測空間中心線ＣＬ２と直交する方向から見た超音波センサユニット４０の側面図、図５（ｃ）は、超音波センサユニット４０の平面図である。
　図５（ａ）に示すように、超音波センサユニット４０は、周方向の断面が長方形をなす水平な円環状の嵌合リング４１と、この嵌合リング４１の直径方向で対向する位置に、やや内側にオフセットされて下方に舌状に延びる一対の反射部材保持部４２、４２を備える。嵌合リング４１は、超音波センサ５０を保持する超音波センサ保持部として機能する。また、超音波センサユニット４０は、反射部材保持部４２、４２の下端内側間に設けられた反射板保持部４３と、ここに保持された反射板４４を備える。反射板４４は、図５（ｂ）に示すように側面視では計測空間中心線ＣＬ２と４５度の傾きをもっている。
　図６（ａ）に示す嵌合リング４１の下面４１ｂはドーナツ状の環状の水平面とされ、図２に示す段差部３３に対応するように当接し（図４参照）、高さ方向に嵌合リング４１が正確に位置決めされる。従って、嵌合リング４１は、超音波センサユニット４０の挿入方向における高さ位置を決定する高さ位置決定部としても機能する。
　図６（ａ）に示すように、嵌合リング４１の側面４１ａの外径は、上部内壁面３４（図４）の内径よりわずかに小さく、上部内壁面３４内に嵌入された嵌合リング４１の側面４１ａは、上部内壁面３４とほぼ隙間なく当接して位置決めされる。
　嵌合リング４１の下方に舌状に延びる一対の反射部材保持部４２、４２は、嵌合リング４１の内側からさらに内側にオフセットされ、下部内壁面３５に沿ってほぼ当接するように延びる構成とされている。
　反射部材保持部４２、４２の下端内側間には反射板保持部４３がステンレススチールなどの金属製の反射板４４（図５（ａ）参照）を保持している。反射板４４は、図５（ａ）～５（ｃ）に示すように鉛直線から４５度傾けられた楕円の板状に形成され、図５（ｃ）に示す平面視（超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３上側からの鉛直下向きの視点）及び図示しないが計測空間中心線ＣＬ２の方向から見た正面視のいずれから見ても概ね円形になるように構成されている。そして、反射板４４は、超音波信号ＵＳを超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３に沿った方向から正確に計測空間中心線ＣＬ２に沿った方向に反射させるとともに、計測空間中心線ＣＬ２に沿った方向から正確に超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３に沿った方向に反射させるように構成されている。
　そして、この反射板４４を正確な位置に保持するための反射板保持部４３が反射部材保持部４２、４２の間に設けられる。本実施形態では、反射板保持部４３とここに保持された反射板４４が反射部材を構成している。本実施形態では嵌合リング４１、反射部材保持部４２、４２、反射板保持部４３は、樹脂で一体成形されている。そして、反射板４４は、反射板保持部４３にインサート成形されて反射板保持部４３と反射板４４も一体に成形されている。なお、これらは、別々に成形して組み合わせることは妨げないが、一体成形とすることで、各要素の位置的な関係を正確に特定しやすい。
　（位置規制構造）
　図６（ａ）に示すように、嵌合リング４１の下面４１ｂのうち計測空間２１に近い位置には、下方に突出する突部からなる上部位置被規制部４５が嵌合リング４１と一体に形成されている。
　図６（ｂ）に示すように、超音波センサユニット保持部３０の段差部３３のうち計測空間２１に近い位置には、上部位置被規制部４５がずれなく嵌入される穴状の上部位置規制部３７が凹設される。
　図６（ａ）に示すように、反射板保持部４３の反射板４４と反対の背面には、鉛直下方に延びる棒状の突起からなる底部位置被規制部４６が設けられている。
　図６（ｂ）に示すように、超音波センサユニット保持部３０の底面３２の計測空間２１と反対側には、底部位置被規制部４６がずれなく嵌入される穴状の底部位置規制部３６が凹設される。
　（超音波センサユニット４０の装着）
　図２に示すように、超音波センサユニット保持部３０に超音波センサユニット４０を挿入すると、嵌合リング４１の下面４１ｂと段差部３３とが当接し、これにより嵌合リング４１の鉛直方向の位置が決まるとともに嵌合リング４１が水平に載置される。嵌合リング４１の側面４１ａと上部内壁面３４により嵌合リング４１の水平方向の位置が決まる。そして、超音波センサユニット４０の上部位置被規制部４５と段差部３３の上部位置規制部３７（図６（ｂ））と、超音波センサユニット４０の底部位置被規制部４６と底面３２の底部位置規制部３６（図４）とにより、反射板４４の水平面における回転方向の向きが決まる。すなわち、超音波センサユニット保持部３０に超音波センサユニット４０を挿入するだけで、超音波センサユニット保持部３０に対する超音波センサユニット４０の高さ、水平位置、向きが正確に決まる。
　図２、図４に示すように、超音波センサ５０の下部が超音波センサユニット４０の嵌合リング４１の内部に嵌めこまれる。このとき、超音波センサ５０は、嵌合リング４１を介して段差部３３により鉛直高さ方向の位置が簡単かつ正確に決まるとともに正確に水平に載置される。
　図４に示すように、超音波センサ５０が超音波センサユニット保持部３０に挿入されるだけで、超音波センサ５０の側面が超音波センサユニット保持部３０の上部内壁面３４に当接して超音波センサ５０の水平位置が簡単かつ正確に決まる。なお、図示しない超音波センサの超音波素子は、その底面の中央部に配置されているため、超音波センサ５０の回転方向によってはその位置は変化しないので、位置ずれは生じない。
　なお、超音波センサユニット４０や超音波センサ５０を超音波センサユニット保持部３０に固定するためのねじなどの固定部材やカバー部材、気密性を高めるシール部材などの周知の構成については、適宜適用されるものとして説明を省略する。
　（交差角θ）
　次に、図３、図４、図７（ａ）～７（ｃ）に基づいて、計測流路中心線ＣＬ１と計測空間中心線ＣＬ２との交差角θについて説明する。
　図７（ａ）は、本実施形態の到達時間差を説明する模式図である。一対の超音波センサ５０と一対の反射板４４による超音波伝播経路２２を模式的に示す。超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３に沿った超音波センサ５０から反射板４４までの距離をｘ１、ｘ２として、一対の超音波センサユニット保持部３０の超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３、ＣＬ３間の離間距離Ｌを一定とすると、超音波伝播距離＝Ｌ＋ｘ１＋ｘ２となる。管本体２の計測流路中心線ＣＬ１方向と計測空間中心線ＣＬ２とが交差する交差角θは、到達時間差Δｔが、予め設定された最小流量時において予め設定した値を超えるとともに、最大流量時に圧力損失が予め設定された数値を超えないように設定される。
　図３に示すように、本実施形態では、一対の超音波センサユニット保持部３０の超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３の離間距離Ｌ、言い換えると計測空間中心線ＣＬ２に沿った超音波伝播距離について一定とすることにしている。その理由は、この離間距離Ｌを一定とすることで、計測流路の管径が異なる場合であっても、一対の超音波センサ５０からの信号を受信し解析し表示する外部機器を一対の超音波センサユニット保持部３０、３０に共通して装着できるからである。
　一方、超音波流量計（特に取引に用いられる計器として超音波流量計）に公的な規格が課せられることがある。すなわち、条件１「計測精度が求められる（計測精度の為に、十分な到達時間差を得られること）」、条件２「圧力損失が規格以内であること」が求められる。
　そこで、本実施形態では、このような条件を満たす交差角θを求めるため、以下のような構成としている。
　（条件１：「計測精度が求められる」（計測精度の為に、十分な到達時間差を得られること））
　特に、最小流量の場合に計測流路１５内の流速ｖｆが最も遅くなるので、この時の到達時間差Δｔが測定器の分解能以上であることが問題となる。
　図７（ａ）を参照して、条件１を満たすため、まず、交差角θ＝０としたときの「到達時間差Δｔ」の算出を説明する。到達時間差Δｔは、以下の式により算出する。
　Δｔ＝２Ｌｖｆ／ｃ２
　ここで、Δｔ：到達時間差、ｃ：音速（流体内の音速）、ｖｆ：流速（計測流路中心線ＣＬ１と平行な向きの流体の流速）、Ｌ：離間距離（超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３-ＣＬ３間の離間距離）である。
　ｔｄ：上流から下流に向けて発信した時の到達時間
　　　＝(ｘ１／ｃ)＋(ｘ２／ｃ)＋Ｌ／(ｃ＋ｖｆ)
　ｔｕ：下流から上流に向けて発信した時の到達時間
　　　＝(ｘ１／ｃ)＋(ｘ２／ｃ)＋Ｌ／(ｃ－ｖｆ)
を用いると、到達時間差Δｔは、次式で表される。
　Δｔ＝ｔｕ　－ｔｄ　
　　　＝Ｌ／(ｃ－ｖｆ)－Ｌ／(ｃ＋ｖｆ)
　　　＝(Ｌ(ｃ＋ｖｆ)－Ｌ(ｃ－ｖｆ))／(ｃ－ｖｆ)(ｃ＋ｖｆ) 
　　　＝２Ｌｖｆ／(ｃ２－ｖｆ ２)
　ｃ＞＞ｖｆより
　Δｔ＝２Ｌｖｆ／ｃ２
　すなわち、到達時間差Δｔは、流速ｖｆと比例する。
　（超音波信号の伝播速度ｖｄ、ｖｕ）
　しかしながら、ｃ：音速、ｖｆ：流速、Ｌ：離間距離を一定としても（厳密にいえば、超音波伝播経路が曲線となるためＬは変化するが、ここでは無視できる。）、実際の超音波信号の伝播速度は、交差角θが変化すると、流速ｖｆが音速ｃに与える影響が変化するため変化する。
　すなわち、上流から下流に向けて発信した時の伝播速度ｖｄ、下流から上流に向けて発信した時の伝播速度ｖｕは、流速ｖｆの交差角θでの伝播方向の速度ベクトルと音速ｃの速度ベクトルとの和となる。
　ｖｄ＝ｃ＋ｖｆ・cosθ
　ｖｕ＝ｃ－ｖｆ・cosθ
　図７（ｂ）に示すように、交差角θがゼロに近い時には、伝播速度ｖｕはｃ－ｖｆに近づき、伝播速度ｖｄはｃ＋ｖｆに近づくため、速度差は２ｖｆに近づく。
　一方、図７（ｃ）に示すように交差角θが大きくなると、ｖｆ・cosθがゼロに近づくため、伝播速度ｖｕと伝播速度ｖｕはいずれも、音速ｃに近づき、速度差はゼロに近づく。
　ここで、Δｔ：到達時間差、ｃ：音速、Ｌ：超音波伝播距離として、
　ｖｄ：上流から下流に向けて発信した時の伝播速度
　ｖｕ：下流から上流に向けて発信した時の伝播速度
　ｔｄ：上流から下流に向けて発信した時の到達時間
　　　＝(ｘ１／ｃ)＋(ｘ２／ｃ)＋Ｌ／ｖｄ
　ｔｕ：下流から上流に向けて発信した時の到達時間
　　　＝(ｘ１／ｃ)＋(ｘ２／ｃ)＋Ｌ／ｖｕ
を用いると、到達時間差Δｔは、次式で表される。
　Δｔ＝ｔｕ　－ｔｄ　
　　　＝Ｌ／ｖｕ－Ｌ／ｖｄ
　　　＝Ｌ（１／ｖｕ－１／ｖｄ)
　ここで、cosθがゼロ、すなわちθ＝９０°に近づけば、ｖｕ≒ｖｄ≒ｃとなり、到達時間差Δｔは小さくなってゼロに近づき、流量の測定が困難となる。
　したがって、交差角θは、仕様の最小流量の時に、十分な到達時間差Δｔが満たされる範囲とする必要がある。
　（条件２：圧力損失が規格以内であること）
　圧力損失は、一般に最大流量のときが最大になるが、流体の種類、管本体２の形状・材質、反射部材保持部４２の形状や位置、乱流や層流の発生状態など、スペックだけでは算出できないため、実験若しくはシミュレーションによる流体解析により算出する。一般的には、交差角θが大きいほど流路抵抗が小さくなる傾向がある。一般に、取引用の超音波流量計においては、規格により圧力損失が定められている。
　（本実施形態の交差角θ）
　以上のように条件１と条件２を満たす交差角θを決定する。
　以上のような理由から、本実施形態においては、例えば温水による熱量供給のカロリメータとして使用する超音波流量計であり、条件１及び条件２を満たすために交差角θを５～７０°に設定している。もちろん上記範囲内で、必要に応じて、到達時間差Δｔか圧力損失かのいずれかを重視するような設計としてもよい。
　（製造方法）
　続いて、本実施形態の超音波流量計１の製造方法について説明する。
　本実施形態の超音波流量計１の管本体２は、ステンレススチールを鋳造して製造する。その後、安全のための面取りや、精度を確保したり、流路抵抗を下げたりするために、切削・研削・研磨等を行う。
　特に、管本体２に対する超音波センサ５０と反射板４４の位置は、測定精度を確保するために極めて重要である。このため、超音波センサユニット保持部３０は、リーマや砥石等で正確に加工される。
　本実施形態では、鋳造後の管本体２は、図１に示すような姿勢でリーマや研削盤等の工作機械のステージにチャックや治具を用いてワークとして所定の位置に固定される。この時、例えば超音波センサユニット保持部３０を鉛直上方に開口する姿勢とする。また、管本体２の流路管１０と計測管２０が水平になるようにする。そして、一方の超音波センサユニット保持部３０を、工具を鉛直下方に向けて移動させて加工する。続いて、他方の超音波センサユニット保持部３０を、工具を水平移動して鉛直下方に向けて移動させて加工する。いずれも鉛直上方に開口しているので、管本体２は、工作機械のステージに治具を用いて所定の位置に固定したまま、超音波センサユニット保持部３０の工具の加工方向の角度を精密に割り出す必要もなく、そのまま、工具の水平位置のみ平行移動して移動して加工をする。この場合、一方の超音波センサユニット保持部３０と他方の超音波センサユニット保持部３０は、管本体２を固定したままで移動がなく、工具の水平移動のみであるので工作機械の精度を最大限に活かした加工が可能となる。
　また、工数の面からもチャックによるワークの持ち替えなどの作業も不要となり、加工の工数の低減も可能となる。
　このため、一方の超音波センサユニット保持部３０と他方の超音波センサユニット保持部３０は、相互に高度な精度で平行な関係を維持できる。また、水平に載置された管本体２の流路管１０と計測管２０の中心線を含む面に対しても、高い精度で垂直な位置関係とすることができる。このことは、高精度な超音波流量計の前提として重要な構成となる。
　次に、図２に示すように表面や内部の加工が終了した管本体２に対して、超音波センサユニット４０を装着する。超音波センサユニット４０は、反射板４４が既にインサート成形された反射板保持部４３を含め、全体が樹脂で正確に一体成形されている。このため、嵌合リング４１と反射板４４との位置関係は正確に維持されている。この反射板４４がインサート成形された超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部３０に挿入する。挿入するだけで、前述のように嵌合リング４１が段差部３３と上部内壁面３４とにより位置決めされ、また、上部位置被規制部４５も上部位置規制部３７に嵌合し、超音波センサユニット４０の回転を規制する。さらに図４に示すように底部位置被規制部４６が底部位置規制部３６に嵌合し、超音波センサユニット４０の高さと回転方向の向きを規定する。底部位置被規制部４６は、位置決めのみならず、超音波センサユニット４０を支え、特に反射板４４が流体によって振動等しないように安定させる。
　そして、段差部３３に嵌合リング４１を介して超音波センサ５０を固定する。
　なお、各種蓋材、シール部材、シール剤、接着剤、スペーサ、ねじなど周知の材料を適宜用いることができるが、その説明は省略する。
　（本実施形態の作用）
　次に、このように構成された本実施形態の超音波流量計１の作用について説明する。
　図１に示すように超音波流量計１は、例えば、暖房等の熱源となる温水の供給流路６の上流側６ａ、下流側６ｂの間に流入口１１と流出口１３が接続されて直列に配置される。配置位置はエルボ管などから離間して流れの安定した位置に取付けられる。取付姿勢は、図示に限定されず管内に気泡等が貯留されないような姿勢とする。このように装着された超音波流量計１の一対の超音波センサユニット保持部３０、３０には、仮想線で示すような表示部５が装着される。
　表示部５は、その接続部５ａ、５ｂが、超音波センサユニット保持部３０、３０に気密に接続される。表示部５は、内部の図示を省略するが、超音波センサ５０、５０に電気的に接続され、信号を送受信させて信号を解析し流量を算出する制御部と、流量を表示する表示部５と、流量をデータとして外部に送信する出力部とを内蔵する。表示部５の取付に当たっては、接続部５ａ、５ｂの間隔を一定にしており、一対の超音波センサユニット保持部３０、３０の中心線ＣＬ３、ＣＬ３間の離間距離Ｌがその一定値に合わせてあるので、特に調整をすることなく表示部５を超音波流量計１に簡単に装着することができる。
　図４に示すように、このように装着した超音波流量計１は、超音波センサ５０、５０から、超音波信号ＵＳを送受信する。一方の超音波センサ５０から送出される超音波信号ＵＳは、超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心として、図４の下方向に送出され、反射板４４に当たって反射し、超音波信号ＵＳは、正確に９０度屈曲して計測空間中心線ＣＬ２を中心として計測空間２１を進む。その超音波信号ＵＳの送出幅と同等の幅を有する超音波伝播経路２２が、計測管２０により計測空間２１として形成されている。
　図３に示すように、送出した超音波信号ＵＳを大きく減衰させることなしに、流路管１０の縮径部１７により形成された計測流路１５を流体（温水）が流下するときにその計測流路１５の幅全体を、超音波信号ＵＳが斜めに横断する。
　その後、図４に示すように計測空間中心線ＣＬ２を中心として計測空間２１を進む超音波信号ＵＳは反射板４４に当たって反射し、９０度屈曲して図４の上方向に送出され、超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心として進み他方の超音波センサ５０の受信面に到達する。
　このため、超音波伝播経路２２を進行する超音波信号ＵＳは、流路管１０の縮径部１７により流体の流速が高まるように形成された計測流路１５の幅方向中心部のみならず、もれなく計測流路１５の幅全体にわたる流体の流れの影響を受ける。そのため中心部と端部との間で流速が異なる場合や、上下左右に流心が偏った偏流や、乱流などが生じた場合でも、測定精度の低下を抑制できる。
　また、図５（ａ）などに示す超音波センサユニット４０は、反射部材保持部４２、反射板保持部４３の位置が、図３、図４に示すように、流路管１０の縮径部１７により形成された計測流路１５から、幅方向にオフセットされるようにして、その流路を妨げにくい構成となっている。このため、超音波センサユニット４０は、計測流路１５の流路抵抗を上げて、超音波流量計１の圧力損失が高くならないような構成となっている。
　このようにして、流路内の上流側の超音波センサと下流側の超音波センサ５０により、一方からの超音波信号の伝播時間と、他方からの超音波信号の伝播時間の差から、流体の流量を計測する。計測した流量は、表示部５により表示され、記憶され、外部に送信される。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態では、上記のような構成を備えるため、以下のような効果を奏する。
　○同一方向から管本体２の超音波センサユニット保持部３０を加工できるので、ワークである管本体２のチャックによるワークの持ち替えや、ワークである管本体２を保持する治具の回転をさせないで、管本体２を同一位置に固定したまま超音波センサユニット保持部３０を加工することができる。そのため加工の工数を減らし、工程の簡易化が可能となる。
　○また、加工中にチャックによるワークとしての管本体２の持ち替えや、管本体２を保持する治具を回転させることがないので、ワークとしての管本体２の位置を移動する必要がなくなるため、ワークの移動に起因する位置ずれが生じない。このため、同一位置に固定された管本体２の位置を基準として、超音波センサユニット保持部３０の工具の加工方向の角度を精密に割り出す必要もなく、工具を平行移動するだけで同一方向から一対の超音波センサユニット保持部３０を加工することで、管本体２に対する超音波センサユニット保持部３０の開口方向を容易に精度高く形成できる。
　○超音波センサユニット保持部３０の形状を精度高く加工することができるので、ここに保持される超音波センサユニット４０の管本体２に超音波信号の射出方向の位置ずれを小さく正確な送出方向とすることができ、測定精度を向上させることができる。
　○共通した超音波センサユニット保持部３０に共通した超音波センサユニット４０を用いることで、管径が異なっても共通の構成を共用できる。
　○超音波センサユニット保持部３０の開口部が同一方向に向いているので、表示部５を取り付ける場合でも、超音波センサ５０の配線の取り回しも同一方向とすることができるため、外部機器の装着が容易となる。また、超音波センサ５０の配線なども取り回しが短くなり、外部への突出や露出を抑えることができる。
　○一対の超音波センサユニット保持部３０、３０の超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３、ＣＬ３の離間距離Ｌを共通化すれば、供給流路６の管径が異なっても、交差角θを調整することで、同一規格の表示部５のような外部機器の共通化ができる。
　○精度の高い加工ができるため、超音波センサ５０間で正確に超音波信号ＵＳの送受信ができる。そのため、受信される超音波信号ＵＳが減衰されることが少なく、高い波高を得ることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくして精度が高い流量計１とすることができる。
　○また、受信される超音波信号ＵＳが減衰されることが少なく、高い波高を得ることができるため、流体Ｆの流れにより超音波信号ＵＳの超音波伝播経路２２が変化して曲がっても、受信する超音波信号ＵＳの波高を比較的高く維持できる。
　○超音波信号ＵＳが管本体２の流路管１０の縮径部１７により形成された計測流路１５を斜めに通過するため、流体Ｆが流れる計測流路１５の幅方向中央部分のみならず周縁部を含めた幅方向全体に超音波信号ＵＳが伝播するので計測流路１５の全体を測定でき、流量の計測精度を向上させることができる。
　○超音波伝播経路２２の計測空間中心線ＣＬ２と、管本体２の流路管１０の縮径部１７により形成された計測流路１５の計測流路中心線ＣＬ１とが所定の交差角θを有しているので、超音波センサユニット４０が計測流路１５を妨げにくい位置にオフセットすることができるため、流路抵抗を下げて圧力損失を小さくすることができる。小径の管でも流路を妨げにくく比較的小さな圧力損失とすることができる。
　○超音波伝播経路２２の計測空間中心線ＣＬ２と、管本体２の流路管１０の縮径部１７により形成された計測流路１５の計測流路中心線ＣＬ１とが所定の交差角θを有しているので、超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３、ＣＬ３間の離間距離Ｌを大きくとることができるので、測定に必要な十分な到達時間差Δｔを得ることができる。
　○反射板４４、超音波センサ５０を一体に保持する超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部３０に保持するので、超音波センサ５０や反射板４４を超音波流量計１に容易に装着することができる。
　○超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部３０に挿入する。それだけで、超音波センサユニット４０の嵌合リング４１が超音波センサユニット保持部３０の段差部３３に当接し、超音波センサユニット４０を管本体２に対して正確な高さと水平位置とすることができる。
　○また、超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部３０に挿入するだけで、超音波センサユニット４０の嵌合リング４１が超音波センサユニット保持部３０の段差部３３に当接し、上部位置被規制部４５が上部位置規制部３７に嵌合する。このため、超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心とした正確な回転方向の向きに取り付けることができる。
　○また、超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部３０に挿入するだけで、超音波センサユニット４０の反射板保持部４３の背面から下方に突出した底部位置被規制部４６が、超音波センサユニット保持部３０の底面３２に凹設された底部位置規制部３６に嵌合するため、超音波センサユニット４０の管本体２に対する高さが正確に設定される。
　○また、底部位置被規制部４６が底部位置規制部３６に嵌合するため、超音波センサユニット４０を超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心とした正確な回転方向とすることができる。
　○また、底部位置被規制部４６が底部位置規制部３６に嵌合するため、超音波センサユニット４０に保持された反射板４４が流体の影響により不安定となることを抑制することができる。
　（反射部材変形例）
　なお、上記実施形態において、反射部材は以下のように実施してもよい。
　(変形例１)
　・上記実施形態では、反射板保持部４３の背面が板状に形成されたものであったが、図８（ａ）に示すように、傾き４５度の斜面を上面として有する円柱によって反射板保持部４３を形成し、この反射板保持部４３の斜面（上面）に反射板４４を保持してもよい。
　このように構成することで、反射板４４を安定して保持することができる。また、反射板４４の背面への流体の回り込みを少なくすることで、流体の流れを円滑にすることができ、流路抵抗の上昇を抑制できる。
　(変形例２)
　・図８（ｂ）に示すように反射板保持部４３の背面を半球状としてもよい。
　このように構成することで、反射板保持部４３の背面を流れる流体の流れを円滑にすることができ、流路抵抗の上昇を抑制できる。
　(変形例３)
　・図８（ｃ）に示すように、反射部材保持部４２を反射板４４の背面部分にも拡張して反射板４４の背面を覆うようにしている。このように構成することで、反射板４４の背面への流体の回り込みを少なくすることで、流体の流れを円滑にすることができ、流路抵抗の上昇を抑制できる。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明を具体化した超音波流量計１の第２の実施形態を図９～図１０にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の計測管２０により構成される計測空間２１の形状を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　図９は第２実施形態の超音波流量計１の斜視図である。図１０は、図９のＣ-Ｃ線における水平断面図である。
　図９に示すように、第２実施形態の管本体２は、計測流路１５（図１０）を構成する流路管１０は第１の実施形態と同様の構成であるが、一対の超音波センサユニット４０は、管本体２の計測流路中心線ＣＬ１に対して同一の側に配置される。
　図１０に示すように、上流側の計測管２０が形成する計測空間２１の計測空間中心線ＣＬ２ａは、管本体２の流路管１０が形成する計測流路１５の計測流路中心線ＣＬ１に対して斜めに交差する。この計測空間中心線ＣＬ２ａは、管本体２の流路管１０が形成する計測流路１５の内壁面に達している。したがって、この計測空間中心線ＣＬ２ａに沿って送出された超音波信号ＵＳは、この内壁面で反射される。反射した超音波信号ＵＳは再び計測流路中心線ＣＬ１に対して斜めに交差して進む。
　下流側の計測管２０が形成する計測空間２１の計測空間中心線ＣＬ２ｂは、この超音波信号ＵＳの進路に沿って形成されている。そのため管本体２は、上流側と下流側が面対象の形状となっている。
　第２実施形態では、一方の超音波センサ５０ａから送出される超音波信号ＵＳは、超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心として、図９の下方向に送出され、反射板４４に当たって反射し、超音波信号ＵＳは、正確に９０度屈曲して計測空間中心線ＣＬ２ａを中心として計測空間２１を進む。その超音波信号ＵＳの送出幅と同等の幅を有する超音波伝播経路２２が、計測管２０により計測空間２１として形成されている。
　図１０に示すように、送出した超音波信号ＵＳを大きく減衰させることなしに、流路管１０の縮径部１７により形成された計測流路１５を流体（温水）が流下するときに、その計測流路１５の幅全体を、超音波信号ＵＳが斜めに横断する。
　次に、超音波信号ＵＳは、流路管１０の縮径部１７の内壁面に到達して反射する。その後、図１０に示すように再び計測流路中心線ＣＬ１と交差し、計測空間中心線ＣＬ２ｂを中心として計測空間２１を進む超音波信号ＵＳは反射板４４に当たって反射し、９０度屈曲して上方向に送出され、超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３を中心として進み他方の超音波センサ５０ｂの受信面に到達する。
　管本体２はステンレススチール製で、管本体２の内壁面は、流路抵抗が小さくなるように平滑に研磨されているので、超音波信号ＵＳを十分効率よく反射する。この時、計測流路中心線ＣＬ１を通過した超音波信号ＵＳは再び計測流路中心線ＣＬ１を通過するように反射するが、超音波伝播経路２２の高さ方向において各中心線ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂよりも上方及び下方の位置、特に上下の周縁部の位置で超音波伝播経路２２を伝播する超音波信号ＵＳは、中心線ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂと平行な方向には反射しない。そのため第１の実施形態よりは、一方の超音波センサ５０ａ又は５０ｂから送出した超音波信号ＵＳが、他方の超音波センサ５０ｂ又は５０ａには効率よく到達しない。
　一方、上記第２の実施形態の超音波流量計１によれば、以下のような効果を得ることができる。
　○上記第２の実施形態では、第１の実施形態の超音波流量計１よりもコンパクトな形状とすることができる。
　○超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３、ＣＬ３の離間距離Ｌが第１の実施形態の超音波流量計１の場合と同一であれば、超音波伝播距離を長くして、第１の実施形態よりも到達時間差Δｔを大きくすることができる。
　（第３の実施形態）
　次に、本発明を具体化した超音波流量計１の第３の実施形態を図１１にしたがって説明する。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態の反射板４４の角度を変更し、計測空間２１における超音波伝播経路２２を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　第３の実施形態の超音波流量計１において、一対の超音波センサユニット４０は、第１の実施形態と同様に管本体２の流路管１０の計測流路中心線ＣＬ１に対して対向する側に配置されている。そして、超音波信号ＵＳは、管本体２の流路管１０の計測流路中心線ＣＬ１に対して斜めに交差する。
　第１の実施形態と異なる点は、各反射板４４ａ、４４ｂの傾斜角度が超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３に対して４５度ではないことである。
　具体的には、一方の超音波センサ５０ａから送出された超音波信号ＵＳは超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３ａに沿って下方に送出されて反射板４４ａに当たり反射する。このとき、超音波信号ＵＳは、計測空間中心線ＣＬ２よりも上方に向けて反射され、計測管２０の内部に形成された計測空間２１の上方の内壁面に到達する。超音波信号ＵＳは、その内壁面で再び反射し、次は、計測空間２１の下方の内壁面に到達して再び反射する。そして、反射した超音波信号ＵＳは、反射板４４ｂに到達し、超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３ｂに沿って上方に伝播し、超音波センサ５０ｂで受信される。
　上記第３の実施形態の超音波流量計１によれば、以下のような効果を得ることができる。
　○　超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３、ＣＬ３の離間距離Ｌが第１の実施形態の超音波流量計１の場合と同一であれば、第１の実施形態より超音波伝播距離を長くして、到達時間差Δｔを大きくすることができる。
　（第４の実施形態）
　次に、本発明を具体化した超音波流量計１の第４の実施形態を図１２にしたがって説明する。なお、第４の実施形態は、第１の実施形態の超音波流量計１の反射板４４を省略した点で変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　第４の実施形態では、超音波センサユニット４０は、超音波センサ５０の超音波信号が計測空間中心線ＣＬ２に沿って送出されるように、計測空間２１内で超音波センサ５０を保持する。
　超音波センサ５０は、超音波センサユニット４０により、第１の実施形態において反射板４４を保持するのと同様な方法で保持することができる。つまり第４の実施形態では、超音波センサユニット４０の反射部材保持部４２が、超音波センサ５０を計測空間２１内において保持する超音波センサ保持部として機能し得る。
　上記第４の実施形態の超音波流量計１によれば、以下のような効果を得ることができる。
　○上記第４の実施形態では、第１の実施形態と比較して反射板４４を備えていないため、部品点数も少なく簡単な構造とすることができる。そのため、製造に必要な工数も少なくすることができる。
　○上記第４の実施形態では、第１の実施形態と比較して反射板４４を備えていないため、よりコンパクトな構成とすることができる。
　○超音波センサ５０は、超音波センサユニット４０により、この超音波センサユニット４０との位置関係が正確に保持される。そのうえで、超音波センサユニット４０は超音波センサユニット保持部３０に保持される。
　第１の実施形態で説明したとおり、超音波センサユニット保持部３０は、管本体２に対して極めて正確な位置関係に加工されている。また、超音波センサユニット４０に保持された超音波センサ５０は、超音波センサユニット保持部３０に挿入するだけで、管本体２に対して、極めて正確な位置に保持され、且つ安定した状態で保持される。
　○さらに、反射板４４を備えないため、測定精度を下げる要素が少なくなり、より測定精度を高めることができる。また、反射に由来する超音波信号の減衰もない。
　（第５の実施形態）
　次に、本発明を具体化した超音波流量計１の第５の実施形態を図１３にしたがって説明する。なお、第５の実施形態は、第１の実施形態の計測管２０により構成される計測空間の形状と、超音波伝播経路２２を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　図１３は第５実施形態の超音波流量計１の水平断面図である。第５実施形態の管本体２において、計測流路１５を構成する流路管１０は第１の実施形態と同様の構成であり、一対の超音波センサユニット４０も、管本体２の計測流路中心線ＣＬ１に対して対向する側に配置される。
　計測管２０が形成する計測空間２１の計測空間中心線ＣＬ２は、管本体２の流路管１０が形成する計測流路１５の計測流路中心線ＣＬ１に対して斜めに交差する。また、この計測空間２１の計測空間中心線ＣＬ２は、管本体２の流路管１０が形成する計測流路１５の計測流路中心線ＣＬ１を含む面に沿って延びている。この計測空間中心線ＣＬ２に沿って伝播する超音波信号ＵＳは計測空間２１の内壁面で反射する。そして、反射した超音波信号ＵＳは、対向する内壁面で再度反射する。そして反射板４４により他方の超音波センサ５０に超音波信号ＵＳが受信される。
　つまり、第５の実施形態では、流路管１０を計測管２０として、利用していることになる。
　上記第５の実施形態の超音波流量計１によれば、以下のような効果を得ることができる。
　○上記第５の実施形態では、第１の実施形態の超音波流量計１よりも極めてコンパクトな形状とすることができる。
　○超音波センサユニット保持部中心線ＣＬ３、ＣＬ３の離間距離Ｌが同一であれば、第１の実施形態の超音波流量計１よりも超音波伝播距離を長くして、到達時間差Δｔを大きくすることができる。
　（第６の実施形態）
　次に、本発明を具体化した超音波流量計１の第６の実施形態を図１４にしたがって説明する。なお、第６の実施形態は、第１の実施形態の超音波センサユニット保持部３０の配置を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　図１４は、第６の実施形態の水平断面図である。管本体２に設けられた流路管１０は、第１の実施形態と基本的に同じ構成であり、流体の流速を速めるため流入口１１より内径を小さくした縮径部１７を備え、この縮径部１７が計測流路１５を構成する点でも共通する。
　第１の実施形態と異なる点は、流入口１１と縮径部１７の間に、内径が大きい拡径部４を設けている。
　また、第１の実施形態では、縮径部１７の内側に一対の超音波センサユニット保持部３０、３０が配置されていた。一方、第６の実施形態では、計測管２０の両端部の超音波センサユニット保持部３０、３０は、縮径部１７の外側の拡径部４に配置されている点で異なる。
　上記第６の実施形態の超音波流量計１によれば、以下のような効果を得ることができる。
　○上記第６の実施形態では、計測流路１５を構成する縮径部１７の外側に拡径部４を設け、一対の超音波センサユニット保持部３０、３０は、縮径部１７の外側の拡径部４に配置されており、縮径部１７の形状が円筒形状を保持しているため、測定の為の円滑な流れが期待できる。
　○また、一対の超音波センサユニット保持部３０、３０は、拡径部４に配置しているので、縮径部１７の外端部での流体の流れ、つまり計測流路１５での流体の流れを妨げない。また、一対の超音波センサユニット保持部３０、３０が流路管１０の外側に大きく飛び出すようなオフセットをする必要がなく、流路管１０の外部に著しい突起部を形成しなくてもよい。
　（変形例）なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
　・上記実施形態では、熱量供給用の温水を例示したが、流体Ｆは温水に限らず他の液体でもよく、さらに気体の流量の測定にも適用できる。
　・管本体２は、流体を通過させる筒状であるが、筒状とは円筒形に限定されず、流体が流せれば各種断面のものや、複数の流路が形成されたものでもよい。
　・管本体２は、ステンレススチールを例示したが、青銅鋳物や鋳鉄管や真鍮管、あるは樹脂やセラミックスにより構成されていてもよい。また、必要に応じて内部に超音波信号ＵＳの反射を高め、あるは乱反射を抑制するようなコーティングを施したりや研磨を適宜することを妨げない。また、インナーパイプを配設してもよい。
　・超音波センサは、ここでは送受信が可能なセラミックスの圧電素子が代表に挙げられるが、その素材は限定されない。また、送信用と受信用の超音波センサとを夫々用いてもよく、超音波信号を送信でき且つ受信できればその構成は問わない。
　・「超音波」とは、可聴音を超える周波数のものをいうが、材質等により適宜周波数は選択でき、また、複数の周波数を組み合わせることも妨げない。
　・超音波センサや管同士の接続は、詳細な説明はしないが、適宜周知の方法で、固定し、弾性体や充填剤でシールすることができる。或いは、適宜蓋材やスペーサを用いることも妨げない。また、フランジを形成した接合、ねじによる螺合を含む加工をすることも含む。
　・管本体２の超音波センサユニット保持部３０に対する加工は、リーマや砥石に限定されず、ドリルや刃物、研磨、レーザ加工、放電加工などその方法は限定されない。
　・ワークとしての管本体２は、工作機械の構成により、超音波センサユニット保持部３０を鉛直上方に開口する姿勢に限らず、水平方向にするなど、工作機械において精度を上げやすい姿勢で加工することができる。また、ワークとしての管本体２の一対の超音波センサユニット保持部３０を、固定したまま加工できることが望ましい。
　・反射部材は、図５（ａ）、図８（ｃ）などに示すような反射板４４を樹脂製の反射板保持部４３とインサート成形により一体化することに限らず、反射板４４を樹脂製の反射板保持部４３に熱かしめで一体化してもよい。また、反射部材は、反射板４４と反射板保持部４３によらず、反射板４４のみで構成されていてもよい。また、反射板４４は単なる薄膜により形成されていてもよい。
　・また、温度計、電流計等適宜他の計測器を付加することを妨げない。
　・表示部５は、各種の構成が採用でき、単に超音波センサ５０からの信号を取りだし、遠隔で処理してもよく、逆に超音波センサ５０内で、信号処理などの制御を行ってもよい。
　なお、各実施形態は例示であり、本発明は特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者により適宜変更し、追加し、削除して実施することができる。
ＣＬ１…計測流路中心線（中心軸）、ＣＬ２…計測空間中心線（中心軸）、ＣＬ３…超音波センサユニット保持部中心線（中心軸）、θ…交差角、Ｆ…流体、ＵＳ…超音波信号、ｔ（ｔｄ・ｔｕ）…伝播時間、Δｔ…到達時間差、ｃ…音速、ｖｆ…流速、Ｌ…離間距離，１…超音波流量計、２…管本体、４…拡径部、５…表示部、６…供給流路、６ａ…上流側、６ｂ…下流側、１０…流路管、１１…流入口、１３…流出口、１５…計測流路、１６…テーパ部、１７…縮径部、１８…テーパ部、２０…計測管、２１…計測空間、２２…超音波伝播経路、３０…超音波センサユニット保持部、３１…筒部、３２…底面、３３…段差部、３４…上部内壁面、３５…下部内壁面、３６…底部位置規制部、３７…上部位置規制部、４０…超音波センサユニット、４１…嵌合リング、４１ａ…側面、４１ｂ…下面、４２…反射部材保持部、４３…反射板保持部（反射部材）、４４…反射板（反射部材）、４５…上部位置被規制部、４６…底部位置被規制部、５０…超音波センサ、１０１…超音波流量計（従来技術１）、２０１…超音波流量計（従来技術２）。

Claims (21)

  1. 　測定対象である流体を通過させる計測流路を備えた筒状の管本体と、流体が流れる前記管本体の上流位置と下流位置とにそれぞれ配置され相互に超音波信号を伝播させる一対の超音波センサとを備え、
    　一方の超音波センサから他方の超音波センサまでの超音波信号の伝播時間と、他方の超音波センサから一方の超音波センサまでの超音波信号の伝播時間との到達時間差から測定対象である流体の流量を測定する超音波流量計であって、
    　前記管本体は、前記計測流路と連通する計測空間を含み、当該計測空間は、前記一対の超音波センサの超音波伝播経路を規定し、
    　前記超音波伝播経路は、前記計測流路の中心軸に対して斜めに交差する中心軸を有し、
    　前記超音波流量計はさらに、
    　前記一対の超音波センサを保持する一対の超音波センサユニットと、
    　前記一対の超音波センサユニットを保持する一対の超音波センサユニット保持部と、を備え、
    　前記一対の超音波センサユニット保持部は、前記計測流路の中心軸を含む面と直交する方向に開口し、前記一対の超音波センサユニットを同一方向から挿入して保持可能な開口部を含むことを特徴とする超音波流量計。
  2. 　前記一対の超音波センサユニットは、前記超音波センサが前記超音波伝播経路の中心軸に沿った方向に超音波信号を送出するように前記超音波センサユニット保持部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
  3. 　前記一対の超音波センサユニットは、前記超音波センサユニットの挿入方向に超音波信号を送出するように前記超音波センサユニット保持部に配置されるとともに、当該超音波センサから送出された超音波信号を前記超音波伝播経路の中心軸に沿った方向に反射させる一対の反射部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
  4. 　前記一対の超音波センサユニットは、前記計測流路の中心軸に対して対向する側に配置され、前記計測流路の中心軸に対して斜めに交差する中心軸を有する超音波伝播経路を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波流量計。
  5. 　前記一対の超音波センサユニットは、前記計測流路の中心軸に対して対向する側に配置され、前記計測流路の中心軸に対して斜めに交差するとともに、前記超音波センサユニット保持部の開口方向の中心軸を含む面に沿って計測空間内で反射して複数の軸を有する屈曲した超音波伝播経路を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波流量計。
  6. 　前記一対の超音波センサユニットは、前記計測流路の中心軸に対して同一の側に配置され、前記計測流路の中心軸に対して斜めに交差するとともに、前記計測流路の中心軸を含む面と直交する面に沿って計測空間内を反射して複数の軸を有する屈曲した超音波伝播経路を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波流量計。
  7. 　前記一対の超音波センサは、前記計測流路の中心軸に対して対向する側に配置され、前記計測流路の中心軸に対して斜めに交差するとともに、前記計測流路の中心軸を含む面と直交する面に沿って計測空間内を反射して複数の軸を有する屈曲した超音波伝播経路を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波流量計。
  8. 　前記計測流路は、中央部に縮径部を含み、
    　前記管本体は、前記縮径部の両端部に、当該縮径部より内径が大きい拡径部を含み、
    　前記超音波センサユニット保持部が前記拡径部に配置されたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波流量計。
  9. 　前記一対の超音波センサユニット保持部の中心軸間の距離を一定として、
    　前記計測流路の中心軸と前記計測空間の中心軸とが交差する角度は、
    　前記到達時間差が、予め設定された最小流量時において予め設定した値を超えるとともに、圧力損失が予め設定された数値を超えないように設定されたことを特徴とする請求項１～８のうちいずれか一項に記載の超音波流量計。
  10. 　前記流体が液体であって、
    　前記交差する角度が、５～７０°であることを特徴とする請求項９に記載の超音波流量計。
  11. 　前記超音波センサユニットは、前記超音波センサを計測空間に保持する超音波センサ保持部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波流量計。
  12. 　前記超音波センサユニットは、前記超音波センサを保持する超音波センサ保持部と、前記反射部材を保持する反射部材保持部と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の超音波流量計。
  13. 　前記超音波センサユニット保持部の前記開口部は、挿入方向から見て円形であり、前記超音波センサユニットは、前記挿入方向から見て円形の輪郭を有して前記超音波センサユニット保持部に嵌合されるとともに、
    　前記超音波センサユニットおよび前記超音波センサユニット保持部は、前記超音波センサから送出された超音波信号を前記超音波伝播経路に伝播させる位置に前記超音波センサユニットを位置決めするとともに当該超音波センサユニットの回転を規制する位置規制構造を備えたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の超音波流量計。
  14. 　前記超音波センサユニットは、前記超音波センサユニット保持部への前記超音波センサユニットの挿入時に前記超音波センサユニット保持部に当接して前記超音波センサユニットの挿入方向における高さ位置を決定する高さ位置決定部を備えた、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の超音波流量計。
  15. 　前記位置規制構造は、前記超音波センサユニットの反射板保持部から下方に延びる突起と、前記超音波センサユニット保持部の底面に形成され、前記突起が嵌入される穴とで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の超音波流量計。
  16. 　前記超音波センサユニット保持部は、前記超音波センサ保持部を支持する段差部を含み、
    　前記位置規制構造はさらに、前記超音波センサ保持部から下方に突出する突部と、前記超音波センサユニット保持部の前記段差部に形成され、前記突部が嵌入される穴とで構成される請求項１５に記載の超音波流量計。
  17. 　前記反射部材は、反射板と、当該反射板を保持する反射板保持部とを含み、当該反射板保持部は、背面が板状に形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の超音波流量計。
  18. 　前記反射部材は、反射板と、当該反射板を保持する反射板保持部とを含み、当該反射板保持部は、傾き４５度の斜面を上面として有する円柱によって形成され、当該円柱の斜面に前記反射板が保持されることを特徴とする請求項１２に記載の超音波流量計。
  19. 　前記反射部材は、反射板と、当該反射板を保持する反射板保持部とを含み、当該反射板保持部は、背面が半球状に形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の超音波流量計。
  20. 　前記超音波センサユニットは、前記反射部材の背面を挿入方向に沿って覆うように形成された壁面を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の超音波流量計。
  21. 　前記反射部材は、反射板と、当該反射板を保持する反射板保持部とを含み、前記反射板は前記反射板保持部に熱かしめにより一体化されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波流量計。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000013537A1 (it) * 2020-06-08 2021-12-08 Maddalena S P A Dispositivo di misura ad ultrasuoni, particolarmente per la misurazione del consumo di acqua e/o di calorie.
KR20230018149A (ko) * 2021-07-29 2023-02-07 김나엽 초음파유량계

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102355949B1 (ko) * 2020-01-23 2022-01-25 김영탁 소구경용 초음파유량계
KR102189806B1 (ko) * 2020-04-03 2020-12-11 김영탁 초음파 수도미터기

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004069529A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計測装置
JP2004526127A (ja) * 2000-09-25 2004-08-26 ランディス＋ギュル・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 超音波流量計
JP2007132515A (ja) * 2005-11-07 2007-05-31 Ge Security Inc トランスデューサを保持するためのデバイス及び装置
US20110079090A1 (en) * 2009-10-02 2011-04-07 Hydrometer Gmbh Measurement insert and flow meter
JP2011099692A (ja) * 2009-11-04 2011-05-19 Aichi Tokei Denki Co Ltd 超音波流量計

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5712358B2 (ja) * 2009-11-24 2015-05-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 超音波式流体計測構造および超音波式流体計測装置
CN201707090U (zh) * 2009-12-14 2011-01-12 上海维思仪器仪表有限公司 双通道三角形标准短截
DE202013011186U1 (de) * 2013-12-17 2014-02-10 Paw Gmbh & Co. Kg Volumenstromsensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004526127A (ja) * 2000-09-25 2004-08-26 ランディス＋ギュル・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 超音波流量計
JP2004069529A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計測装置
JP2007132515A (ja) * 2005-11-07 2007-05-31 Ge Security Inc トランスデューサを保持するためのデバイス及び装置
US20110079090A1 (en) * 2009-10-02 2011-04-07 Hydrometer Gmbh Measurement insert and flow meter
JP2011099692A (ja) * 2009-11-04 2011-05-19 Aichi Tokei Denki Co Ltd 超音波流量計

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000013537A1 (it) * 2020-06-08 2021-12-08 Maddalena S P A Dispositivo di misura ad ultrasuoni, particolarmente per la misurazione del consumo di acqua e/o di calorie.
EP3922959A1 (en) * 2020-06-08 2021-12-15 Maddalena S.p.A. Ultrasonic measurement device, particularly for the measurement of water and/or calories consumption
KR20230018149A (ko) * 2021-07-29 2023-02-07 김나엽 초음파유량계
KR102682946B1 (ko) * 2021-07-29 2024-07-05 김나엽 초음파유량계

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