WO2020031621A1 - 超音波流量計 - Google Patents

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flow
measurement channel
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志英 高橋
弘 中井
憲司 安田
貴士 萱場
裕己 阿南
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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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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    • 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
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate by dividing a measurement flow path into a multilayer flow path by a partition plate.
  • FIG. 6 there is an ultrasonic flowmeter in which a measurement flow path 101, a plurality of partition plates 102, and a winding flow suppression sheet 103 are configured as separate components.
  • the measurement flow path 101 has a component insertion port 106, and after inserting a plurality of partition plates 102 from the component insertion port 106 into the measurement flow path 101 at a predetermined angle, the component insertion port 106 is wrapped around the flow suppression sheet. Cover with 103.
  • the ultrasonic sensor mounting block 104 is fixed to the measurement channel 101 by a method such as heat welding to close the component insertion port 106, and the pair of ultrasonic sensors 105a and 105b are mounted on the ultrasonic sensor mounting block 104.
  • the ultrasonic flowmeter shown in FIG. 6 has a configuration in which the fluid to be measured does not leak. Further, the winding flow suppressing sheet 103 is provided with openings 103a and 103b through which ultrasonic waves pass (for example, see Patent Document 1). The reason why the partition plate 102 is provided in the measurement channel 101 is to make the flow velocity distribution of the fluid flowing in the measurement channel 101 uniform.
  • Patent Literature 1 has a problem that the number of parts increases and the cost increases.
  • the partition plate 102 is formed by stamping a metal plate with a metal mold, burrs and warpage occur at the time of molding, so the state is different between the front and back surfaces. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to align the front and back, and a device for identifying the front and back of the partition plate 102 is required.
  • the present disclosure reduces the cost as compared with the conventional configuration by integral molding of the measurement flow path and the partition plate, and, due to the draft angle of the mold generated in the partition plate due to the integral molding of the measurement flow path and the partition plate, the partition plate. It is possible to suppress the problem that the flow direction of the fluid to be measured is varied due to a deviation in the traveling direction of the reflected sound wave or separation of the fluid at the end of the partition plate. And, an ultrasonic flowmeter capable of improving the variation in measurement due to the disturbance of the received waveform caused by this problem is provided.
  • An ultrasonic flowmeter includes a measurement flow path in which a cross section of a flow path through which a fluid to be measured flows is rectangular, one or more partition plates that divide the measurement flow path into a plurality of layered flow paths, A pair of ultrasonic sensors arranged upstream and downstream on the road and capable of transmitting and receiving ultrasonic signals. Further, the ultrasonic flowmeter according to the present disclosure is based on the propagation time from when the ultrasonic signal transmitted from one of the ultrasonic sensors propagates through the fluid to be measured and is received by the other ultrasonic sensor. A flow measuring unit for detecting a flow rate of the measurement fluid. Further, the measurement channel and the partition plate are integrally formed, and the partition plate is formed to have a shape that becomes thinner from a portion having the maximum thickness toward the measurement channel inlet side and the measurement channel outlet side.
  • the ultrasonic flow meter reduces the number of components and reduces the cost of components compared to the related art, while the fluid to be measured is separated at the end of the partition plate, and the flow of the fluid to be measured is disturbed. This can improve the variation in measurement that occurs.
  • FIG. 1 is a sectional view of the ultrasonic flow meter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a measurement flow channel of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a sectional view taken along line 3A-3A of FIG.
  • FIG. 3B is an enlarged view of a portion 3B in FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the ultrasonic flow meter according to the second embodiment in a direction perpendicular to a partition plate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the ultrasonic flow meter according to the third embodiment in a direction perpendicular to the partition plate.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a conventional ultrasonic flowmeter.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ultrasonic flow meter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a measurement flow channel of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a sectional view taken along line 3A-3A in FIG.
  • FIG. 3B is an enlarged view of a portion 3B in FIG. 3A.
  • the measurement flow path 3 for passing the measured fluid from the measurement flow path inlet 9 to the measurement flow path outlet 10 is a pipe through which the measured fluid is passed. It is divided into laminar flow paths 3a, 3b, 3c. Openings 6 a and 6 b through which ultrasonic waves propagate obliquely with respect to the measurement flow path 3 are formed on the measurement flow path upper surface 4, and the ultrasonic waves are reflected by the measurement flow path bottom surface 5.
  • the ultrasonic sensors 1a and 1b are fixed to the mounting portions 2a and 2b so as to pass through the propagation paths P1 and P2.
  • the flow rate measuring unit 7 calculates the flow rate based on the propagation time of the ultrasonic wave between the ultrasonic sensors 1a and 1b.
  • the measurement channel 3, the partition plate 8, and the mounting portions 2a and 2b are integrally formed of resin. Thereby, the number of parts can be reduced as compared with the conventional ultrasonic flow meter, and the cost can be reduced.
  • the shape of the partition plate 8 in the present embodiment is intended to increase the accuracy of flow measurement when the measurement channel 3 and the partition plate 8 are integrally molded.
  • the part of the partition plate 8 from the portion 8a having the maximum thickness toward the measurement flow channel inlet 9 and the measurement flow channel outlet 10 side of the measurement flow channel 3 gradually moves toward the tips 11 and 12 of the partition plate 8. It has a thin shape.
  • the partition plate 8 needs a certain thickness.
  • the fluid to be measured is provided by providing sharpened portions 8b and 8c in which the thickness of the partition plate 8 is reduced from the portion 8a where the partition plate 8 has the maximum thickness toward the respective tips 11 and 12 of the partition plate 8. Can be suppressed, and the flow rate measurement can be stabilized.
  • the partition plate 8 forms a plane parallel to the direction in which the fluid to be measured flows and the sound radiation direction of the ultrasonic sensors 1a and 1b.
  • the partition plates 8 are formed by streamlines.
  • the ultrasonic waves transmitted and received by the ultrasonic sensors 1a and 1b propagate, the ultrasonic waves are reflected on the surface of the partition plate 8, and when the reflection surface is a curved surface, the direction of reflection of the sound waves is 8, and the finally obtained reception waveform becomes unstable. Therefore, in the region C where the ultrasonic wave propagates, the partition plate 8 is formed as a plane as much as possible, and a plane parallel to the direction in which the fluid to be measured flows and the sound radiation direction of the ultrasonic sensors 1a and 1b. Variations in the received waveform are smaller than when the surface of the partition plate 8 has an inclination, and more stable measurement can be performed.
  • the tip 11 of the partition plate 8 on the measurement channel inlet 9 side may be a curved surface.
  • the tip 12 of the partition plate 8 on the measurement flow path outlet 10 side may be a curved surface.
  • a teardrop-shaped cross-sectional shape with a rounded front edge and a sharpened rear edge is said to have the least fluid separation and low resistance.
  • a backflow also occurs. If the trailing edge is thin and sharp, a backflow occurs, and the angle of the inflow of the fluid to be measured deviates from the angle of the partition plate. At the trailing edge, separation of the fluid to be measured occurs at the trailing edge. For this reason, the flow in the region where the ultrasonic wave measured by the ultrasonic sensor propagates is disturbed, and a difference may occur in the flow measurement value between the forward flow and the backward flow.
  • the tip of the partition plate 8 is made to be an acute angle, a short shot in which the resin does not enter into the tip at the time of molding occurs, and the tip shape becomes uneven, which may also cause a disturbance in the flow of the fluid to be measured. For this reason, more stable flow rate measurement can be performed by making the tips 11 and 12 of the partition plates 8 on both the measurement channel inlet 9 side and the measurement channel outlet 10 side curved.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment in a direction perpendicular to a partition plate.
  • a cross-sectional view in a direction parallel to the partition plate 8 is the same as FIG.
  • the thickness portion 13a is closer to the rear edge (measurement flow path exit 10 side) than the front edge (measurement flow path entrance 9 side), not the middle point of the partition plate 13.
  • the ultrasonic flow meter according to the present embodiment can suppress the separation of the fluid in the region where the ultrasonic wave is measured in the case of the forward flow, and can perform more stable measurement.
  • the measurement area of the ultrasonic sensors 1a and 1b (area where ultrasonic waves propagate), if the surface of the partition plate 13 has a curved surface, the reflection direction of the sound wave depends on where on the partition plate 13 the light is reflected. On the other hand, since the reception waveform becomes unstable, the measurement area of the ultrasonic sensors 1a and 1b may be formed as a flat surface without providing a curved surface as much as possible.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the ultrasonic flow meter according to the third embodiment in a direction perpendicular to the partition plate.
  • a cross-sectional view in the direction parallel to the partition plate 14 is the same as FIG.
  • the inner walls 15 d and 15 e parallel to the partition plate 14 are provided with gradients that are symmetric with the gradient of the opposing partition plate 14. That is, in order to make the shape of the three layered flow paths 15a, 15b, 15c formed by dividing the measurement flow path 15 by the two partition plates 14, the draft ⁇ 1 provided in the partition plate 14 The same gradient is provided on the inner walls 15d and 15e of the flow path.
  • the present disclosure it is possible to reduce the cost as compared with the conventional configuration by integrally molding the measurement flow path and the partition plate, and to remove the die generated in the partition plate due to the integral molding of the measurement flow path and the partition plate. It is a gradient. Due to this configuration, the traveling direction of the sound wave reflected by the partition plate is deviated, or the flow of the fluid to be measured is varied due to the separation of the fluid at the end of the partition plate, and the measurement due to the disturbance of the received waveform is performed. Variation can be improved.
  • the ultrasonic flowmeter includes a measurement flow channel having a rectangular cross-section of a flow channel through which a fluid to be measured flows, and one or more measurement flow channels that divide the measurement flow channel into a plurality of layered flow channels. And a pair of ultrasonic sensors disposed upstream and downstream of the laminar flow path and capable of transmitting and receiving ultrasonic signals. Further, the ultrasonic flow meter according to the present disclosure is based on the propagation time until the ultrasonic signal transmitted from one of the ultrasonic sensors propagates through the fluid to be measured and is received by the other ultrasonic sensor. A flow rate measuring unit for detecting a flow rate. Further, the measurement channel and the partition plate are integrally formed, and the partition plate is formed to have a shape that becomes thinner from a portion having the maximum thickness toward the measurement channel inlet side and the measurement channel outlet side.
  • the ultrasonic flowmeter according to the first disclosure reduces the number of components and reduces the cost of components compared to the conventional one, while the fluid to be measured is separated at the end of the partition plate, and the flow of the fluid to be measured is reduced. Can be improved due to the fluctuation of the measurement.
  • a portion having a maximum thickness is configured by a surface parallel to a flowing direction of a fluid to be measured and a radiation direction of sound of the ultrasonic sensor, It may include at least a part of a region where the sound wave transmitted by the ultrasonic sensor propagates.
  • the ultrasonic flowmeter makes the propagation of the sound wave in the measurement area measured by the ultrasonic wave and the flow of the fluid to be measured uniform, and can perform more stable measurement.
  • At least the distal end of the partition plate on the measurement channel entrance side may be configured to have a curved surface.
  • the ultrasonic flowmeter according to the third disclosure narrows the end of the partition plate while suppressing a short shot generated at the tip of the partition plate during molding, and suppresses the turbulence of the flow of the fluid to be measured. And more stable measurement can be performed.
  • At least the tip of the partition plate on the measurement channel inlet side may be configured to have a curved surface.
  • the ultrasonic flowmeter according to the fourth disclosure narrows the end of the partition plate while suppressing a short shot generated at the tip of the partition plate at the time of molding, and suppresses the turbulence of the flow of the fluid to be measured. And more stable measurement can be performed.
  • a portion where a maximum thickness of the partition plate is at a midpoint of a propagation path in a measurement flow path of the ultrasonic sensor. May be closer to the measurement channel outlet side.
  • the ultrasonic flow meter according to the fifth disclosure can suppress the separation of the fluid in the region where the ultrasonic wave is measured in the case of the forward flow, and can perform more stable measurement.
  • the ultrasonic flowmeter is adapted to the shape of the partition plate such that the shape of the plurality of layered flow channels of the measurement flow channel is the same. May have a gradient.
  • the ultrasonic flowmeter according to the seventh disclosure may have a gradient according to the shape of the partition plate so that the shape of the plurality of laminar flow channels of the measurement flow channel is particularly the same as in the fifth disclosure. Good.
  • the ultrasonic flowmeter according to the eighth disclosure is, in particular, according to any one of the first to fourth disclosures, further including a sensor mounting portion for mounting an ultrasonic sensor, and includes a measurement channel, a partition plate, and a sensor mounting portion.
  • the part may be integrally molded.
  • the ultrasonic flowmeter according to the ninth disclosure in particular, according to the fifth disclosure, further includes a sensor mounting portion for mounting an ultrasonic sensor, and the measurement channel, the partition plate, and the sensor mounting portion are integrally formed. Is also good.
  • the ultrasonic flow meter according to the tenth disclosure is, in particular, provided in the sixth disclosure, further comprising a sensor mounting portion for mounting an ultrasonic sensor, and integrally forming the measurement flow path, the partition plate, and the sensor mounting portion. Is also good.
  • the ultrasonic flowmeter according to the eleventh disclosure is particularly characterized in that, in the seventh disclosure, the ultrasonic flowmeter further includes a sensor mounting portion for mounting an ultrasonic sensor, and the measurement channel, the partition plate, and the sensor mounting portion are integrally formed. Is also good.
  • the ultrasonic flowmeter according to the present disclosure is caused by the fact that the fluid to be measured is peeled off at the end of the partition plate and the flow of the fluid to be measured is disturbed while reducing the cost of the parts that have conventionally occurred. Since it is possible to improve the variation in measurement due to the thickness, it can be applied to uses such as a gas meter.

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Abstract

超音波流量計は、被計測流体が流れる流路の断面が矩形の計測流路（３）と、計測流路（３）を複数の層状流路に分割する１つまたは複数の仕切板（８）と、層状流路上の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、を備える。また、超音波流量計は、超音波センサから送信された超音波信号が、被計測流体を伝搬して、超音波センサが受信するまで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計測部を備える。さらに、計測流路（３）と仕切板（８）とは一体成型されており、仕切板（８）は、最大厚さとなる部分から、計測流路（３）の入口側および計測流路（３）の出口側に向かうにつれて薄くなる形状とする。

Description

超音波流量計
　本発明は、計測流路を仕切板で多層流路に分割して、流量を計測する超音波流量計に関するものである。
　従来、この種の超音波流量計として、図６に示すように、計測流路１０１と、複数の仕切板１０２と、巻込み流れ抑制シート１０３とが別部品として構成されているものがある。計測流路１０１は、部品挿入口１０６を有し、複数の仕切板１０２をこの部品挿入口１０６から計測流路１０１内に所定の角度で挿入した後、部品挿入口１０６を巻込み流れ抑制シート１０３で覆う。その後、超音波センサ取付ブロック１０４を、熱溶着などの方法で計測流路１０１に固定して部品挿入口１０６を塞ぎ、一対の超音波センサ１０５ａ、１０５ｂを超音波センサ取付ブロック１０４に取付けることで、図６に示す超音波流量計は、被計測流体の漏れのない構成となっている。また、巻込み流れ抑制シート１０３には超音波が通過するための開口部１０３ａ、１０３ｂが設けてある（例えば、特許文献１参照）。なお、計測流路１０１に仕切板１０２を設けるのは計測流路１０１を流れる流体の流速分布の均一化を図るためである。
特開２０１４－２１５０６０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された従来の超音波流量計では、部品点数が多くなり、コストが高くなるという課題を有していた。
　また、仕切板１０２は金属板を金型で打ち抜いて成形しているが、成形時にバリやそりが発生することから表面と裏面で状態が異なる。そのため、計測精度を高めるには表裏を揃える必要あり、仕切板１０２に表裏を識別するための工夫が必要であった。
　本開示は、計測流路と仕切板の一体成型により従来の構成よりもコストを削減するとともに、計測流路と仕切板の一体成型に伴い仕切板に生じる金型の抜き勾配により、仕切板で反射した音波の進行方向がずれたり、仕切板の端部で流体が剥離したりして被計測流体の流れにばらつきが生じるという不具合を抑制する。そして、この不具合によって生じる受信波形の乱れによる計測のばらつきを改善することができる超音波流量計を提供する。
　本開示における超音波流量計は、被計測流体が流れる流路の断面が矩形である計測流路と、計測流路を複数の層状流路に分割する１つまたは複数の仕切板と、層状流路上の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、を備える。また、本開示における超音波流量計は、超音波センサの一方から送信された超音波信号が、被計測流体を伝搬して、他方の超音波センサが受信するまで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計測部と、を備える。さらに、計測流路と、仕切板は一体成型されており、仕切板は、最大厚さとなる部分から、計測流路入口側および計測流路出口側に向かうにつれて薄くなる形状とする。
　この構成により、本開示の超音波流量計は、従来よりも部品点数を少なくして部品のコストを削減しながら、仕切板の端部で被計測流体が剥離し、被計測流体の流れが乱れることによって起こる計測のばらつきを改善することができる。
図１は、第１の実施の形態における超音波流量計の断面図である。 図２は、第１の実施の形態における超音波流量計の計測流路の斜視図である。 図３Ａは、図２の３Ａ－３Ａ断面図である。 図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ部の拡大図である。 図４は、第２の実施の形態における超音波流量計の、仕切板に垂直方向の断面図である。 図５は、第３の実施の形態における超音波流量計の、仕切板に垂直方向の断面図である。 図６は、従来の超音波流量計の分解斜視図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　（第１の実施の形態）
　図１は、第１の実施の形態における超音波流量計の断面図である。図２は、第１の実施の形態における超音波流量計の計測流路の斜視図である。図３Ａは、図２の３Ａ－３Ａ断面図である。図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ部の拡大図である。
　図１および図３Ａに示すように、被計測流体を計測流路入口９から計測流路出口１０へ通す計測流路３は、被計測流体を通す配管であり、２つの仕切板８によって３つの層状流路３ａ，３ｂ，３ｃに分割されている。この計測流路３に対して、斜めに超音波が送受信するように超音波が伝搬する開口部６ａ，６ｂが計測流路上面４に形成され、超音波が計測流路底面５で反射して、伝搬経路Ｐ１とＰ２を通るように、超音波センサ１ａ，１ｂが取付部２ａ，２ｂに固定されている。流量計測部７は、超音波センサ１ａ，１ｂ間の超音波の伝搬時間に基づいて流量を演算する。
　そして、図２に示すように、計測流路３、仕切板８、取付部２ａ，２ｂは樹脂で一体成型されている。これにより、従来の超音波流量計よりも部品の点数を減らし、コストを削減することができる。
　次に、本願の特徴である仕切板８の構造について図３Ａ、図３Ｂを用いて詳細に説明する。
　本実施の形態における仕切板８の形状は、計測流路３、仕切板８を一体成型した場合において、流量計測の精度を高めることを目的としている。
　そこで、仕切板８は、最大厚さとなる部分８ａから、計測流路３の計測流路入口９および計測流路出口１０側に向かう部分は、仕切板８の先端１１、１２に向けて徐々に薄くなる形状としている。
　樹脂成型の寸法精度の問題から、仕切板８はある程度の厚みが必要となる。しかしながら、計測流路入口９側に位置する仕切板８の端部８ｄが厚いほど、被計測流体の剥離が発生し易くなる。そのため、計測流路３における超音波が伝搬する領域Ｃでの被計測流体の運動が不安定となる。そこで、本実施の形態では、仕切板８の厚さを最大厚さとなる部分８ａから仕切板８のそれぞれの先端１１，１２に向けて細くした先鋭部８ｂ，８ｃを設けることで、被計測流体の剥離を抑え、流量計測を安定化させることができる。
　また、仕切板８は、超音波の伝搬する領域Ｃでは、被計測流体の流れる方向と、超音波センサ１ａ，１ｂの音の放射方向に平行な面を構成している。
　即ち、被計測流体の流れの乱れを最も抑えるためには、仕切板８の断面形状はすべて流線形によって構成されるのが最適である。しかしながら、超音波センサ１ａ，１ｂによって送受信される超音波が伝搬する領域Ｃでは、超音波が仕切板８の表面で反射するため、反射面が曲面である場合、音波の反射方向が、仕切板８のどこで反射するかによって異なり、最終的に得られる受信波形が不安定となる。そのため、超音波が伝搬する領域Ｃにおいて、仕切板８をなるべく平面であり、かつ被計測流体の流れる方向と、超音波センサ１ａ，１ｂの音の放射方向に平行な面で構成することにより、仕切板８の表面に傾きがある場合よりも受信波形にばらつきが少なくなり、より安定した計測を行うことができる。
　また、図３Ｂに示すように、仕切板８の計測流路入口９側の先端１１を曲面としてもよい。更に、計測流路出口１０側の仕切板８の先端１２も曲面としても良い。
　板状の剛体によって流体が分断される場合、剛体の前縁が丸く、後縁が細く尖った涙滴型の断面形状が、最も流体の剥離が少なく、抵抗が小さいとされている。しかしながら、実際に超音波流量計が用いられるガスメータなどでは逆流も発生するため、後縁が細く尖った形状の場合、逆流が発生し、被計測流体の流入の角度が、仕切板の角度から外れた時に、後縁で被計測流体の剥離が起こる。そのため、超音波センサによって計測される超音波が伝搬する領域の流れが乱れ、順流時と逆流時で流量計測の計測値に差が発生しうる。
　また、仕切板８の先端を鋭角にすると、成型時に先端まで樹脂が入らないショートショットが生じて先端形状が不均一になり、これも被計測流体の流れの乱れの原因となりうる。このため、計測流路入口９側と、計測流路出口１０側の両方の仕切板８の先端１１，１２を曲面とすることで、より安定した流量計測を行うことができる。
　（第２の実施の形態）
　図４は、第２の実施の形態における超音波流量計の、仕切板に垂直方向の断面図である。仕切板８に平行方向の断面図は、図１と同様となる。
　超音波流量計においては、順流の場合に、主に超音波センサ１ａ，１ｂで計測される領域で、流体の剥離が少なくなることが重要であり、本実施の形態では、仕切板１３の最大厚さとなる部分１３ａは仕切板１３の中点ではなく、前縁（計測流路入口９側）よりも後縁（計測流路出口１０側）に近くなっている。
　この構成により、本実施の形態における超音波流量計は、順流での場合の、超音波の計測する領域での流体の剥離を抑え、より安定した計測を行うことができる。
　また、超音波センサ１ａ，１ｂの計測領域（超音波が伝搬する領域）で、仕切板１３の表面が曲面を有していると、音波の反射方向が、仕切板１３のどこで反射するかによって異なり、受信波形が不安定となるため、超音波センサ１ａ，１ｂの計測領域になるべく曲面をつけず、平面で構成してもよい。
　（第３の実施の形態）
　図５は、第３の実施の形態における超音波流量計の、仕切板に垂直方向の断面図である。仕切板１４に平行方向の断面図は、図１と同様である。
　本実施の形態おいて、計測流路１５の内壁の内、仕切板１４に平行な内壁１５ｄ、１５ｅには、対向する仕切板１４の勾配と対称になる勾配を設けている。すなわち、計測流路１５が２つの仕切板１４で分割されることで形成された３つの層状流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃの形状を同じにするために、仕切板１４に設けた抜き勾配θ１と同じ勾配を流路の内壁１５ｄ、１５ｅにも設けている。
　各層状流路の被計測流体の流れる領域の形状が異なると、流速分布や圧力損失が層毎に変化し、層毎の流速比が均一な比率から遠くなる。この場合、温度やガス種が変わると流速比も変わるため、ソフトウェアでの補正も困難になり、計測流量の誤差の原因となる。これに対し、本実施の形態によると、層状流路１５ａ、１５ｂ、１５ｃの形状を同じとしたので、層毎の流速比が均一になり、より安定した流量計測を行うことができる。
　以上のように、本開示によると、計測流路と仕切板の一体成型により従来の構成よりもコストを削減するとともに、計測流路と仕切板の一体成型に伴い仕切板に生じる金型の抜き勾配としている。この構成により、仕切板で反射した音波の進行方向がずれたり、仕切板の端部で流体が剥離して被計測流体の流れにばらつきが生じたりする等により、受信波形が乱れることによる計測のばらつきを改善することができる。
　なお、上記実施の形態の説明に用いた図においては、説明を分かりやすくするため仕切板の傾斜を大きく描いているが、実際の金型の抜き勾配は、０．３°程度である。また、仕切板を２枚として説明したが、１枚、或いは３枚以上であっても良いことは言うまでもない。
　以上説明したように、第１の開示における超音波流量計は、被計測流体が流れる流路の断面が矩形の計測流路と、計測流路を複数の層状流路に分割する１つまたは複数の仕切板と、層状流路上の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、を備える。また、本開示における超音波流量計は、超音波センサの一方から送信された超音波信号が被計測流体を伝搬して他方の超音波センサが受信するまで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計測部と、を備える。さらに、計測流路と、仕切板とは一体成型されており、仕切板は、最大厚さとなる部分から、計測流路入口側および計測流路出口側に向かうにつれて薄くなる形状とする。
　この構成により、第１の開示における超音波流量計は、従来よりも部品点数を少なくして部品のコストを削減しながら、仕切板の端部で被計測流体が剥離し、被計測流体の流れが乱れることによって起こる計測のばらつきを改善することができる。
　第２の開示における超音波流量計は、特に、第１の開示において、最大厚さとなる部分が、被計測流体の流れる方向と、超音波センサの音の放射方向に平行な面で構成され、超音波センサの送信する音波の伝搬する領域の少なくとも一部を含んでもよい。
　この構成により、第２の開示における超音波流量計は、超音波によって計測される計測領域の音波の伝搬と、被計測流体の流れが均一化され、より安定した計測を行うことができる。
　第３の開示における超音波流量計は、特に、第１の開示において、仕切板の少なくとも計測流路入口側の先端が曲面で構成されていてもよい。
　この構成により、第３の開示における超音波流量計は、成型時に仕切板の先端に発生するショートショットを抑えながら仕切板の端部を細くし、被計測流体の流れの乱れが抑制される形状を作り、より安定した計測を行うことができる。
　第４の開示における超音波流量計は、特に、第２の開示において、仕切板の少なくとも計測流路入口側の先端が曲面で構成されていてもよい。
　この構成により、第４の開示における超音波流量計は、成型時に仕切板の先端に発生するショートショットを抑えながら仕切板の端部を細くし、被計測流体の流れの乱れが抑制される形状を作り、より安定した計測を行うことができる。
　第５の開示における超音波流量計は、特に、第１から第４のいずれか１つの開示において、仕切板の最大厚さとなる部分が、超音波センサの計測流路内の伝搬経路の中点から見て、計測流路出口側に近くなっていてもよい。
　この構成により、第５の開示における超音波流量計は、順流での場合の、超音波の計測する領域での流体の剥離を抑え、より安定した計測を行うことができる。
　第６の開示における超音波流量計は、特に、第１から第４のいずれか１つの開示において、計測流路の複数の層状流路の形状が同一となるように、仕切板の形状に合わせた勾配を有してもよい。
　それぞれの層状流路の形状が同じになることで、層状流路間の流速比が均一になり、より安定した流量計測を行うことができる。
　第７の開示における超音波流量計は、特に、第５の開示において、計測流路の複数の層状流路の形状が同一となるように、仕切板の形状に合わせた勾配を有してもよい。
　それぞれの層状流路の形状が同じになることで、層状流路間の流速比が均一になり、より安定した流量計測を行うことができる。
　第８の開示における超音波流量計は、特に、第１から第４のいずれか１つの開示において、さらに、超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、計測流路と、仕切板と、センサ取付部とを一体成型したとしてもよい。
　この構成により、超音波センサ取付ブロックにかかる材料費と組立工数を削減することができる。
　第９の開示における超音波流量計は、特に、第５の開示において、さらに、超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、計測流路と、仕切板と、センサ取付部とを一体成型したとしてもよい。
　この構成により、超音波センサ取付ブロックにかかる材料費と組立工数を削減することができる。
　第１０の開示における超音波流量計は、特に、第６の開示において、さらに、超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、計測流路と、仕切板と、センサ取付部とを一体成型したとしてもよい。
　この構成により、超音波センサ取付ブロックにかかる材料費と組立工数を削減することができる。
　第１１の開示における超音波流量計は、特に、第７の開示において、さらに、超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、計測流路と、仕切板と、センサ取付部とを一体成型したとしてもよい。
　この構成により、超音波センサ取付ブロックにかかる材料費と組立工数を削減することができる。
　以上のように、本開示における超音波流量計は、従来発生していた部品のコストを削減しながら、仕切板の端部で被計測流体が剥離し、被計測流体の流れが乱れることによって起こる厚みによる計測のばらつきを改善することが可能となるので、ガスメータ等の用途にも適用できる。
　１ａ、１ｂ　超音波センサ
　２ａ、２ｂ　取付部
　３、１５　計測流路
　３ａ、３ｂ、３ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ　層状流路
　６ａ、６ｂ　開口部
　７　流量計測部
　８、１３、１４　仕切板
　８ａ、１３ａ　最大厚さとなる部分
　９　計測流路入口
　１０　計測流路出口
　１１、１２　先端

Claims (11)

  1. 被計測流体が流れる流路の断面が矩形である計測流路と、
    前記計測流路を複数の層状流路に分割する１つまたは複数の仕切板と、
    前記層状流路上の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、
    前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が、前記被計測流体を伝搬して、他方の超音波センサが受信するまで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計測部と、を備え、
    前記計測流路と、前記仕切板とは一体成型されており、前記仕切板は、最大厚さとなる部分から、計測流路入口側および計測流路出口側に向かうにつれて薄くなる形状とした超音波流量計。
  2. 前記最大厚さとなる部分は、前記被計測流体の流れる方向と、前記超音波センサの音の放射方向に平行な面で構成され、前記超音波センサの送信する音波の伝搬する領域の少なくとも一部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
  3. 前記仕切板は、少なくとも前記計測流路入口側の先端が曲面で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
  4. 前記仕切板は、少なくとも前記計測流路入口側の先端が曲面で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の超音波流量計。
  5. 前記仕切板の最大厚さとなる部分は、前記超音波センサの計測流路内の伝搬経路の中点から見て、前記計測流路出口側に近くなっていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  6. 前記計測流路は、前記複数の層状流路の形状が同一となるように、前記仕切板の形状に合わせた勾配を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  7. 前記計測流路は、前記複数の層状流路の形状が同一となるように、前記仕切板の形状に合わせた勾配を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
  8. さらに、前記超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、
    前記計測流路と前記仕切板と前記センサ取付部とを一体成型したことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  9. さらに、前記超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、
    前記計測流路と前記仕切板と前記センサ取付部とを一体成型したことを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
  10. さらに、前記超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、
    前記計測流路と前記仕切板と前記センサ取付部とを一体成型したことを特徴とする請求項６に記載の超音波流量計。
  11. さらに、前記超音波センサを取付けるセンサ取付部を備え、
    前記計測流路と前記仕切板と前記センサ取付部とを一体成型したことを特徴とする請求項７に記載の超音波流量計。
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