WO2020203183A1 - 超音波流量計 - Google Patents

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中林　裕治
佐藤　真人
麻子 三好
正誉 松田
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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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Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic flow meter that propagates ultrasonic waves to a fluid flowing in a measurement flow path to measure the flow velocity of the fluid and adds temperature measurement of the fluid to improve measurement accuracy.
  • FIG. 9 shows a cross section of the ultrasonic flowmeter described in Patent Document 1.
  • a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers 101 and 102 are arranged in a flow path body 103, and deflection mirrors 104 and 105 that reflect ultrasonic waves to the respective ultrasonic wave transmitters and receivers 101 and 102 are provided for measurement.
  • Ultrasonic waves are propagated through the flow path 106 to measure the flow velocity and flow rate.
  • a tubular thermistor 108 is inserted from the wall surface of the flow path body 103 so as to be located at the center of the flow on the downstream side of the flow path 107, and the mounting portion 109 of the thermistor 108 is hermetically sealed with an O-ring 110 or the like to form a fluid. Measure the temperature of.
  • the heat transfer action of the metal tubular portion causes the outer wall surface of the flow path body 103. Affected by the temperature of.
  • the difference between the atmospheric temperature and the fluid temperature of the outer wall surface of the flow path body 103 is large, there is a problem that an error occurs in the temperature measurement.
  • the influence from the wall surface can be reduced when the heat transfer from the fluid is high such as when the flow velocity is high, but the fluid to be measured is In the case of gas or when the heat transfer is not large, such as when the flow velocity is slow, there is a possibility that a temperature measurement error may occur due to the influence of the wall surface temperature of the flow path body 103.
  • the present disclosure provides an ultrasonic flowmeter that significantly reduces the influence of atmospheric temperature, measures fluid temperature with high accuracy, and improves the accuracy of flow rate measurement.
  • the ultrasonic flowmeter of the present disclosure includes a flow path body having a flow path through which the fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers arranged in the flow path body, a substrate fixed to the flow path body, and a subject. It is provided with a flat plate-shaped sensor plate on which a temperature sensor for detecting the temperature of the measuring fluid is arranged. It also includes a calculation unit that calculates the flow rate of the fluid to be measured from the propagation time of ultrasonic waves between the ultrasonic transmitters and receivers and the temperature detected by the temperature sensor.
  • the sensor plate is configured to protrude from the substrate, and when the substrate is fixed to the flow path body, the sensor plate projects from the sensor hole provided in the flow path body into the flow path cross section of the flow path.
  • the ultrasonic flow meter of the present disclosure has a flat plate-shaped sensor plate provided with a temperature sensor that is projected and fixed to a substrate, and the sensor plate projects the temperature sensor into the flow cross section along the flow direction of the flow path.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a view taken along the line A of FIG. 2 showing the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of the substrate and the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing the configuration of the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a partial perspective view showing another configuration of the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 8A is a vertical cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram showing another configuration of the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a flow path in a conventional ultrasonic flowmeter.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a view taken along the line A of FIG. 2 showing the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of the substrate and the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
  • the flow path body 1 is predetermined in the flow axis direction of the flow path 2 through which the fluid to be measured (gas such as air, methane, nitrogen, hydrogen, etc., water, kerosene, etc.) flows.
  • a pair of ultrasonic transmitters and receivers 3 and 4 are arranged so as to face each other with an angle ⁇ .
  • the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4 are housed in an opening hole 5 opened in the flow path 2 by the vibration-proof seal body 6 and the fixed body 7, and are airtightly installed so that the fluid to be measured does not leak from the opening hole 5. ing.
  • a sensor hole 10 is formed on the downstream side of the opening hole 5 in which the ultrasonic wave transmitter / receiver 4 of the flow path 2 is arranged, and a temperature sensor 11 for measuring the temperature of the fluid to be measured is mounted.
  • the flat plate-shaped sensor plate 8 protrudes into the flow path 2 from the sensor hole 10.
  • the sensor plate 8 is fixed to the substrate 9 so as to protrude from the substrate 9, and the sensor plate 8 is inserted into the sensor hole 10 of the flow path body 1 so that the temperature sensor is located substantially at the center of the rectangular cross section of the flow path 2. It is arranged so that 11 is located.
  • a seal body 12 such as an O-ring is interposed between the substrate 9 to which the sensor plate 8 is fixed and the flow path 2 to keep it airtight to prevent the fluid to be measured from leaking to the outside of the flow path body 1. ing.
  • This flow path 2 is connected to an external pipe (not shown) via the inlet connection portion 13 and the outlet connection portion 14 to allow the fluid to be measured to flow.
  • the sensor plate 8 has a shape like a flaky strip having an extremely small thickness T with respect to a width W and a height H as shown in FIG. 4, and flows as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the width W direction of the sensor plate 8 is arranged along the flow direction F in the path 2 to make it less susceptible to the flow resistance of the flow of the fluid to be measured. Further, by coating the surface of the sensor plate 8 provided with the temperature sensor 11, the corrosion resistance to the fluid to be measured is improved.
  • the sensor plate 8 is formed of a film-like flexible substrate instead of a so-called rigid substrate having a high rigidity, and has a flexible portion 18 that can be bent, so that the thickness T is further reduced to be measured.
  • the flow resistance of the fluid can be reduced, and even if the sensor plate 8 is accidentally touched during production or maintenance, the sensor plate 8 can be prevented from being broken by bending and escaping.
  • a pressure sensor 15 is arranged on the sensor plate 8 in order to correct the flow rate measurement value by the fluid pressure. As shown in FIG. 2, the pressure sensor 15 is not directly exposed to the main stream in the flow path 2. It is provided so as to be located in the sensor hole 10 so as to be less susceptible to the flow resistance of the fluid to be measured.
  • a groove-shaped guide portion 19 is provided on the wall surface of the flow path 2 in the sensor hole 10 in order to securely and firmly hold the sensor plate 8 (1 in FIG. 2). Partially broken).
  • the guide portion 19 supports the sensor plate 8 by fitting it in the sensor hole 10.
  • the tip 8a of the sensor plate 8 is inserted into and brought into contact with the tip guide groove 20 formed by being recessed in the wall surface of the flow path 2, and the tip guide groove 20 holds the tip 8a of the sensor plate 8.
  • the guide portion 19 supports the sensor plate 8 in the sensor hole 10, and the tip guide groove 20 holds the tip portion 8a of the sensor plate 8, so that the sensor plate 8 vibrates due to the flow of the fluid to be measured. This prevents the sensor plate 8 attached to the connector portion 16 from falling off from the substrate 9.
  • the pressure is detected as a fluid characteristic value other than the temperature by arranging the pressure sensor 15 on the sensor plate 8 is shown, but the concentration, humidity, etc., gas detection sensor such as CO, etc.
  • the concentration, humidity, etc., gas detection sensor such as CO, etc.
  • a wiring portion can be provided in a plastic film, and the surface coating treatment for imparting corrosion resistance becomes unnecessary, and cost reduction and simplification can be achieved.
  • the substrate 9 integrates the sensor unit 9a in which the sensor plate 8 is arranged and the control unit 9b including the transmission / reception of ultrasonic waves and the flow rate measurement control circuit, and the sensor plate 8 and the control unit 9b are integrated.
  • the configuration does not require connection with lead wires.
  • the substrate 9 is shielded by covering it with the metal case 30 shown in FIG.
  • One ultrasonic wave transmitter / receiver 3 or 4 transmits ultrasonic waves to the fluid to be measured flowing through the flow path 2, and the other ultrasonic wave transmitter / receiver 4 or 3 receives the ultrasonic waves and requires propagation. Measure the time. Then, the flow velocity is measured from the time difference between the propagation time from the upstream side to the downstream side and the propagation time from the downstream side to the upstream side, and the flow rate is measured from the known cross-sectional area S, that is, ultrasonic flow rate measurement by the so-called time difference method. I do.
  • control unit 9b a microcomputer unit including a transmission / reception circuit for transmitting / receiving ultrasonic waves by ultrasonic wave transmitters / receivers 3 and 4, an arithmetic circuit for calculating the flow rate from the propagation time, and an output circuit for outputting the arithmetic result is arranged.
  • the control unit 9b is connected to the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4 by a lead wire 22.
  • the sensor unit 9a provided with the sensor plate 8 and the control unit 9b having the microcomputer unit are integrated, and the sensor unit 9a and the control unit 9b are connected by the printed wiring in the substrate 9, and the control unit 9b and the sensor unit 9a are connected.
  • connection terminal 23 is provided on the board 9, and power is supplied to the sensor unit 9a and the control unit 9b via the connection terminal 23, measurement instructions, measurement result output, and the like are performed externally.
  • the temperature of the fluid to be measured is a known value and is almost constant, it may be set and measured by inputting it as a predetermined constant value, but since the speed of sound changes greatly with temperature, when using it as a general-purpose flow meter, It is effective to detect the fluid temperature and use the sound velocity value at that fluid temperature to improve the measurement accuracy.
  • the temperature sensor 11 is provided on the sensor plate 8 having a compact and simple configuration, the ultrasonic flow rate is highly versatile and convenient with a simple and compact configuration and further improved measurement accuracy. The total can be realized.
  • a compact sensor unit can be realized to simplify the parts and reduce the cost, and the pressure of the fluid to be measured can be adjusted to various fluids to be measured under different pressure conditions.
  • the measurement accuracy can be further improved by using the fluid state and the sound velocity, and it is possible to provide a flow meter with further improved measurement accuracy and improved versatility and convenience.
  • the need for pressure detection is smaller than the need for temperature detection, but by incorporating the pressure sensor 15, pressure High measurement accuracy can be achieved for different applications, and versatility can be further enhanced.
  • the pressure sensor 15 since the pressure sensor 15 is housed and arranged in the sensor hole 10 which is less susceptible to the flow resistance of the fluid to be measured, it is possible to select the pressure sensor 15 without considering the flow resistance so much. The limit on the allowable range of the size of the pressure sensor 15 can be relaxed to increase the degree of freedom in selecting parts.
  • the sensor plate 8 is provided with a bendable flexible portion 18 formed of a flexible substrate, the sensor plate 8 can be bent by the flexible portion 18 even if it is erroneously contacted before assembly during manufacturing or replacement. By escaping, it is possible to prevent breakage due to unexpected contact, making it easier to handle and improving assembling.
  • the vibration of the sensor plate 8 due to the flow of the fluid to be measured is suppressed and damage is prevented.
  • the connector portion 16 is provided and incorporated, the sensor plate 8 can be prevented from coming off from the connector portion 16 and falling off.
  • the sensor plate 8 is fitted to the guide portion 19 provided on the wall surface of the flow path 2, the sensor plate 8 is pressed by the guide portion 19 to prevent the sensor plate 8 from vibrating due to the flow of the fluid to be measured.
  • a thin flexible substrate can be used as the sensor plate 8, the configuration can be simplified, and reliability can be improved.
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing the configuration of the sensor plate of the ultrasonic flowmeter in the second embodiment. Since the other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • a connector portion 16 is fixedly arranged on the substrate 9, a sensor plate 24 having an electric contact 17 is inserted into the connector portion 16, and a signal of a temperature detection signal or a pressure detection signal is inserted through the electric contact 17.
  • the sensor plate 24 is detachably attached to the substrate 9 so as to perform transmission.
  • FIG. 6 is a perspective view showing another configuration of the sensor plate 24 shown in FIG. 5.
  • the sensor plate 25 is formed of a film-like flexible substrate, and the thickness T1 of the portion where the sensor is arranged is formed.
  • the thickness T2 of the other portion is kept thin (T1> T2), and the structure has flexible portions 18a, 18b, and 18c that can be bent at the thickness T2 to improve the strength of the sensor plate 25 and prevent breakage.
  • T1> T2 The thickness T2 of the other portion is kept thin (T1> T2), and the structure has flexible portions 18a, 18b, and 18c that can be bent at the thickness T2 to improve the strength of the sensor plate 25 and prevent breakage.
  • the connector portion 16 is provided on the substrate 9, the sensor plates 24 and 25 are detachably attached, and a signal is transmitted to and from the substrate 9 side via the electrical contacts 17.
  • the sensor plates 24 and 25 can be attached and detached, so that parts suitable for different measurement purposes and different fluids to be measured can be selected and rearranged.
  • the producer side of the flow meter can improve productivity such as sharing parts for the expansion of product types, and the user side of the flow meter can improve the application expansion and maintainability by replacing the sensor plate with a small investment, which is versatile. It is possible to realize an ultrasonic flowmeter with high productivity and good maintainability.
  • the connector portion 16 has the electric contact 17, there is a restriction that it cannot be used as a conductive liquid such as water as a fluid to be measured, but the improvement of productivity and versatility and the improvement of maintainability are the same. The above is effective.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment.
  • the sensor plate 8 is arranged on the upstream side of the opening hole 5 in which the ultrasonic wave transmitter / receiver 3 of the flow path 2 is arranged, and the other configuration is the first. Since it is the same as the embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the sensor plate 8 is arranged on the upstream side of the flow path 2 to form the rectifying body 21 that adjusts the flow state of the fluid to be measured, so that the turbulence of the flow of the fluid to be measured is reduced and more stable. It enables flow rate measurement. Further, the thin sensor plate 8 can prevent an increase in flow resistance.
  • FIG. 8A is a vertical cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram showing another configuration of the sensor plate of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment.
  • the circuit components constituting the control unit on the substrate 28 are arranged.
  • the temperature sensor 11 and the pressure sensor 15 of the sensor plate 26 can be arranged, so that the man-hours can be reduced.
  • the sensor plate 27 is configured to project parallel to the plane of the substrate 29 by using the connector portion 16 as shown in FIG. 8B, the same effect as that of the second embodiment of the substrate 29 is obtained. be able to.
  • the present invention is not limited to this. Instead, a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers are arranged on the same side of the measurement flow path, and the ultrasonic wave propagation path is V-shaped, or I-shaped parallel to the flow. You may.
  • the first disclosure is a flow path body having a flow path through which the fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers arranged in the flow path body, and a substrate fixed to the flow path body.
  • the flow rate of the fluid to be measured is calculated from the propagation time of ultrasonic waves between the flat plate-shaped sensor plate on which the temperature sensor for detecting the temperature of the fluid to be measured is arranged, the ultrasonic transmitter / receiver, and the detection temperature of the temperature sensor. It is equipped with a calculation unit.
  • the sensor plate is configured to protrude from the substrate and also to protrude into the flow path cross section of the flow path from the sensor hole provided in the flow path body when the substrate is fixed to the flow path body. It is a feature.
  • the second disclosure is a seal body in which the sensor plate is vertically projected from the substrate and fixed to prevent leakage of the fluid to be measured from the sensor hole between the substrate and the flow path body. May be provided. With this configuration, the wiring and airtight configuration of the sensor can be realized with a simple configuration.
  • the connector portion may be arranged on the substrate, and the sensor plate may be detachably attached via the connector portion.
  • the sensor plate may be provided with a bendable flexible portion formed of a flexible substrate. With this configuration, it is possible to prevent the sensor plate from being broken due to unexpected contact during manufacturing or parts replacement, and it is possible to improve the assembling property.
  • the fifth disclosure may be configured such that the tip end portion of the sensor plate comes into contact with the wall surface of the flow path, particularly in any one of the first to fourth disclosures.
  • the sensor plate may be fitted to a guide portion provided on the inner wall surface of the sensor hole.
  • the seventh disclosure may be a rectifier in which the sensor plate is arranged on the upstream side of the flow path to regulate the flow of the fluid to be measured, particularly in any one of the first to sixth disclosures.
  • the sensor plate may be provided with a pressure sensor for detecting the pressure which is the fluid characteristic of the fluid to be measured.
  • the arithmetic unit may be configured on the substrate. With this configuration, it is possible to realize an ultrasonic flowmeter that is compact and easy to assemble at low cost.
  • the ultrasonic flowmeter of the present disclosure can measure the fluid temperature with high accuracy, can realize a flowmeter with high measurement accuracy, and can easily configure the wiring and airtight configuration of the sensor, and is easy to assemble and maintain. It is possible to realize a highly versatile ultrasonic flowmeter with good accuracy.

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Abstract

被計測流体が流れる流路（２）を有する流路体（１）と、流路体（１）に配置された一対の超音波送受波器と、流路体（１）に固定される基板（９）と、被計測流体の温度を検知する温度センサ（１１）が配置された平板状のセンサプレート（８）と、超音波送受波器間の超音波の伝搬時間と温度センサの検知温度から被計測流体の流量を演算する演算部と、を備える。センサプレート（８）は、基板（９）から突出するように構成されるとともに、基板（９）を流路体（１）に固定した際に流路体（１）に設けたセンサ穴（１０）から流路（２）の流路断面内に突出するように構成する。この構成により、流路（２）の雰囲気温度の影響を大幅に低減して流体温度を精度よく計測でき、計測精度の高い超音波流量計が実現できる。

Description

超音波流量計
　本開示は、計測流路を流動する流体に超音波を伝搬させて流体の流速を計測し、流体の温度計測を加えて計測精度を高める超音波流量計に関するものである。
　従来、超音波で流量を計測し、流体の温度も計測する超音波流量計として、筒状のサーミスタを流路内に挿入して温度を計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図９は、特許文献１に記載された超音波流量計の断面を示したものである。
　この流量計では、一対の超音波送受波器１０１、１０２を流路体１０３に配置し、それぞれの超音波送受波器１０１、１０２対して超音波を反射する偏向ミラー１０４、１０５を設けて計測流路１０６に超音波を伝搬させて流速・流量の計測を行う。さらに、流路１０７の下流側に流れ中心部に位置するように筒状のサーミスタ１０８を流路体１０３の壁面から挿入し、サーミスタ１０８の取付け部１０９をＯリング１１０などで気密シールし、流体の温度を計測する。
特表２００４－５２６１２７号公報
　しかしながら、従来の構成では、サーミスタ１０８の筒状部を金属管などで構成して先端に温度検知部を配置することにより、金属製の筒状部の伝熱作用で流路体１０３の外壁面の温度の影響を受ける。特に、流路体１０３の外壁面の雰囲気温度と流体温度の差が大きい場合では温度計測に誤差を生じるという課題を有するものであった。
　また、図９に示す従来の構成のように、筒状部の径を細くすることで、流速が早いなど流体からの熱伝達が高い場合は壁面からの影響を低減できるが、被計測流体が気体の場合や、流速が遅い場合など熱伝達が大きくないときは、流路体１０３の壁面温度の影響を受けて温度計測誤差を生じる恐れがある。
　本開示は、雰囲気温度の影響を大幅に低減して流体温度を精度よく計測し、流量計測の精度を高めた超音波流量計を提供する。
　本開示の超音波流量計は、被計測流体が流れる流路を有する流路体と、流路体に配置された一対の超音波送受波器と、流路体に固定される基板と、被計測流体の温度を検知する温度センサが配置された平板状のセンサプレートとを備える。また、超音波送受波器間の超音波の伝搬時間と温度センサの検知温度から被計測流体の流量を演算する演算部と、を備える。センサプレートは、基板から突出するように構成され、基板を流路体に固定した際に流路体に設けたセンサ穴から流路の流路断面内に突出する。この構成により、流路の雰囲気温度の影響を大幅に低減して流体温度が精度よく計測でき、計測精度の高い流量計が実現できる。
　本開示の超音波流量計は、基板に突出させて固定した温度センサを設けた平板状のセンサプレートを有し、センサプレートは流路の流れ方向に沿わせて温度センサを流動断面内に突出させて配置することで、流路の雰囲気温度の影響を大幅に低減して流体温度が精度よく計測でき、汎用性が高く計測精度の高い流量計が実現できる。
図１は、第１の実施の形態における超音波流量計の横断面図である。 図２は、図１の２－２断面図である。 図３は、第１の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートを示す図２のＡ矢視図である。 図４は、第１の実施の形態における超音波流量計の基板とセンサプレートの斜視図である。 図５は、第２の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートの構成を示す部分斜視図である。 図６は、第２の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートの他の構成を示す部分斜視図である。 図７は、第３の実施の形態における超音波流量計の横断面図である。 図８Ａは、第４の実施の形態における超音波流量計の縦断面図である。 図８Ｂは、第４の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートの他の構成を示す図である。 図９は、従来の超音波流量計における流路の構成を示す断面図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本開示が限定されるものではない。
　（第１の実施の形態）
　第１の実施の形態について、図１～図４を用いて説明する。
　図１は、第１の実施の形態における超音波流量計の横断面図である。図２は、図１の２－２断面図である。図３は、第１の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートを示す図２のＡ矢視図である。図４は、第１の実施の形態における超音波流量計の基板とセンサプレートの斜視図である。
　図１～図４に示すように、流路体１には被計測流体（空気、メタン、窒素、水素等の気体や水、灯油等の液体）が流れる流路２の流動軸方向に所定の角度θを持って一対の超音波送受波器３、４を対向させて配置している。この超音波送受波器３、４は、防振シール体６と固定体７により流路２に開口する開口穴５に収納し、開口穴５から被計測流体が漏出しないように気密に設置している。
　また、この流路２の超音波送受波器４が配置された開口穴５より下流側には、センサ穴１０が形成してあり、被計測流体の温度を計測するための温度センサ１１を搭載した平板状のセンサプレート８がセンサ穴１０より流路２内に突出している。センサプレート８は、基板９から突出するように基板９に固定してあり、流路体１のセンサ穴１０にセンサプレート８を挿入して流路２の矩形断面内の略中央部に温度センサ１１が位置するように配置している。センサプレート８を固定した基板９と流路２との間にはＯリングなどのシール体１２を介在させて気密に保持して被計測流体が流路体１の外部に漏出するのを防止している。
　この流路２は入口接続部１３、出口接続部１４を介して外部の配管（図示せず）と接続して被計測流体を流動させるものである。
　ここで、センサプレート８は、図４に示すように幅Ｗ、高さＨに対して、厚みＴが極めて小さい薄片状の短冊のような形であり、図３および図４に示すように流路２内の流れ方向Ｆに沿う方向にセンサプレート８の幅Ｗ方向を配置して被計測流体の流れの流動抵抗を受けにくくしている。また、この温度センサ１１を設けたセンサプレート８の表面に被覆処理を行うことで、被計測流体に対する耐食性を高めている。
　また、センサプレート８は、堅さの硬いいわゆるリジット基板ではなく、フィルム状のフレキシブル基板で形成して屈曲可能な可撓部１８を有する構成とすることで、厚みＴを一層薄くして被計測流体の流動抵抗を低減でき、そのうえ生産時やメンテナンス時に誤って接触しても屈曲して逃げることでセンサプレート８の折損を防止できる。
　また、センサプレート８には、流体圧力により流量計測値を補正するため圧力センサ１５を配置したもので、図２に示すように、圧力センサ１５は流路２内の主流に直接さらさずに、センサ穴１０内に位置するように設けて、被計測流体の流動抵抗を受けにくくしている。
　また、図１および図２に示すように、センサプレート８を確実にしっかり保持するために、センサ穴１０内の流路２の壁面に溝状の案内部１９を設けている（図２で一部破断して示す）。案内部１９はセンサ穴１０内でセンサプレート８を嵌合させて支持している。さらに、センサプレート８の先端部８ａは流路２の壁面に凹ませて形成した先端ガイド溝２０に挿入し接触させて、センサプレート８の先端部８ａを先端ガイド溝２０が保持する。このように、案内部１９がセンサ穴１０内でセンサプレート８を支持するとともに、センサプレート８の先端部８ａを先端ガイド溝２０が保持することにより、被計測流体の流動によるセンサプレート８の振動を防ぎ、コネクタ部１６に取付けたセンサプレート８が基板９から脱落するのを防止している。
　なお、本実施の形態では、センサプレート８に圧力センサ１５を配置することで温度以外の流体特性値として圧力を検知する場合を示したが、濃度、湿度等や、ＣＯなどのガス検知センサ等をセンサプレート８に搭載することで、各センサに対応した特性を計測することができ、流体特性の測定機能を高めることが可能である。
　また、センサプレート８をフレキシブル基板で形成することで、プラスチックのフィルム内に配線部を設けることができ、耐食性を付与するための表面の被覆処理を不要にして低コスト化と簡素化が図れる。
　さらに、図４に示すように、基板９はセンサプレート８を配置したセンサ部９ａと超音波の送受信および流量計測制御回路を含む制御部９ｂとを一体化し、センサプレート８と制御部９ｂとのリード線による接続を不要とした構成としている。また、基板９は、図２に示す金属製のケース３０で覆うことでシールドしている。
　次に、本実施の形態における超音波流量計の動作について説明する。
　流路２を流れる被計測流体に対して一方の超音波送受波器３あるいは４から超音波を発信し、他方の超音波送受波器４あるいは３でその超音波を受信して伝搬に要した時間を計測する。そして、上流側から下流側への伝搬時間と下流側から上流側への伝搬時間との時間差から流速を計測し、既知の横断面積Ｓから流量の計測を行う、いわゆる時間差法による超音波流量計測を行う。
　制御部９ｂには、超音波送受波器３、４で超音波の送受信を行う送信受信回路、伝搬時間から流量を算出する演算回路、演算結果を出力する出力回路を含むマイコン部を配置し、制御部９ｂはリード線２２で超音波送受波器３および４と接続している。また、センサプレート８を設けたセンサ部９ａとマイコン部を有する制御部９ｂとを一体化し、基板９内のプリント配線でセンサ部９ａと制御部９ｂを接続し、制御部９ｂとセンサ部９ａのリード線による配線を無くし、構成の簡素化と低コスト化、組立性の向上を実現している。また、図２に示すシール体１２を介在させて流路体１に取付けることで、基板９の組込みとセンサプレート８の気密シールが同時にできるので、組立性を高めることができる。
　また、基板９には接続端子２３を設け、この接続端子２３を介してセンサ部９ａや制御部９ｂへ電源供給や計測指示、計測結果の出力などを外部と行うものである。
　被計測流体の流量計測において、伝搬時間から流速を算出するには超音波の音速を知ることが非常に重要である。被計測流体の温度が既知の値でほぼ一定であれば所定の一定値として入力して設定し計測しても良いが、音速は温度による変化が大きいので、汎用の流量計として使用する場合は、流体温度を検知してその流体温度での音速値を使用して計測精度を高めることが有効である。本実施の形態では、温度センサ１１を、コンパクトで簡素な構成としたセンサプレート８に設けているので、簡素でコンパクトな構成で一層計測精度を向上させた汎用性、利便性の高い超音波流量計を実現できる。
　さらに、センサプレート８に圧力センサ１５を加えることでコンパクトなセンサ部を実現して部品の簡素化や低コストができ、圧力条件が異なる各種の被計測流体に対して被計測流体の圧力に応じた流動状態や音速を使用することで計測精度を一層高めることができ、計測精度を一層高めた汎用性、利便性が向上した流量計を提供できる。
　なお、温度変化による音速変化の大きさに比べて、圧力変化による音速変化はあまり大きくないため、圧力検知の必要性は温度検知の必要性よりも小さくなるが、圧力センサ１５を組込むことで圧力が異なる用途に対して高い計測精度を実現でき、汎用性を一層高めることができる。なお、本実施の形態では、圧力センサ１５は被計測流体の流動抵抗を受けにくいセンサ穴１０内に収納して配置しているので、流動抵抗をあまり考慮しない圧力センサ１５の選択が可能となり、圧力センサ１５の大きさの許容範囲の制限を緩めて、部品選定の自由度を高めることができる。
　また、センサプレート８はフレキシブル基板で形成した屈曲可能な可撓部１８を設けているので、製造時や交換時などで組付け前に誤って接触しても、可撓部１８で屈曲して逃げることで不意な接触による折損を防止でき、扱いやすくなって組立性を高めることができる。
　また、センサプレート８はその先端部８ａが流路２の壁面に設けた先端ガイド溝２０に挿入して接触することで、被計測流体の流動によるセンサプレート８の振動が抑制されて破損を防止し、さらにコネクタ部１６を設けて組込んだ場合ではセンサプレート８がコネクタ部１６から抜けて脱落することを防止できる。
　また、センサプレート８は、流路２の壁面に設けた案内部１９に嵌合させたことで、センサプレート８を案内部１９で押えて被計測流体の流動によるセンサプレート８の振動を防止することで破損を防止し、センサプレート８として薄いフレキシブル基板の利用を可能にして構成を簡素化でき、信頼性を向上できる。
　（第２の実施の形態）
　図５は、第２の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートの構成を示す部分斜視図であるので、他の構成は第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
　図５に示すように、基板９にコネクタ部１６を固定配置し、このコネクタ部１６に電気接点１７を有するセンサプレート２４を挿入し、電気接点１７を介して温度検知信号や圧力検知信号の信号伝達を行うようにしてセンサプレート２４を着脱自在に基板９に取付けている。
　図６は、図５に示すセンサプレート２４の他の構成を示す斜視図で、図に示すように、センサプレート２５は、フィルム状のフレキシブル基板で形成するとともに、センサを配置した部分の厚みＴ１を大きくし他の部分の厚みＴ２は薄いまま（Ｔ１＞Ｔ２）とし、厚みＴ２で屈曲可能な可撓部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有する構成としたもので、センサプレート２５の強度向上と折損防止を両立させている。
　そして、本実施の形態のセンサプレート２４、２５によると、基板９にコネクタ部１６を設けてセンサプレート２４，２５を着脱自在に取付け、電気接点１７を介して基板９側との信号伝達を行う構成とすることで、センサプレート２４、２５が着脱自在となるので、計測目的の違いや被計測流体の相違に適する部品の選定や組替えが可能となる。
　このため、流量計の生産者側では品種拡大に対する部品共用化など生産性を向上でき、また、流量計の利用者側では少ない投資でセンサプレート交換による用途拡大とメンテナンス性を向上でき、汎用性を高めた生産性およびメンテナンス性の良い超音波流量計を実現できる。
　また、コネクタ部１６に電気接点１７が存在することで、被計測流体として水などの導電性の液体には使用できないという制約はあるが、生産性や汎用性の向上とメンテナンス性の向上はそれ以上に効果がある。
　（第３の実施の形態）
　図７は、第３の実施の形態における超音波流量計の横断面図である。第３の実施の形態における超音波流量計は、センサプレート８を流路２の超音波送受波器３が配置された開口穴５の上流側に配置したもので、他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
　本実施の形態において、センサプレート８を、流路２の上流側に配置して被計測流体の流れ状態を整える整流体２１としたことで、被計測流体の流れの乱れを低減したより安定した流量計測を可能にしいる。さらに薄いセンサプレート８により流動抵抗の増大を防止できる。
　（第４の実施の形態）
　図８Ａは、第４の実施の形態における超音波流量計の縦断面図である。図８Ｂは、第４の実施の形態における超音波流量計のセンサプレートの他の構成を示す図である。図８Ａに示すように、基板２８の一部を平面上で突出するように基板２８と一体にセンサプレート２６を構成することにより、基板２８上の制御部を構成する回路部品を配置する際に、同時にセンサプレート２６の温度センサ１１や圧力センサ１５を配置できるので工数削減を実現できる。また、図８Ｂに示すようにセンサプレート２７を、コネクタ部１６を用いて基板２９の平面と平行に突出するように構成する場合は、基板２９の第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　以上、本実施の形態において、一対の超音波送受波器の配置として、超音波の伝搬経路が流れを一回だけよぎる、いわゆるＺ字型をなす構成にて説明したが、これに限るものではなく、一対の超音波送受波器を計測流路の同一側に配置してその超音波伝搬経路がＶ字型をなす構成や、また流れと平行なＩ字型等になるような構成であってもよい。
　また、ここでは計測流路は矩形断面の例を示したが、それ以外の円形断面でも同様であることは云うまでもない。
　以上説明したように、第１の開示は、被計測流体が流れる流路を有する流路体と、流路体に配置された一対の超音波送受波器と、流路体に固定される基板と、被計測流体の温度を検知する温度センサが配置された平板状のセンサプレートと、超音波送受波器間の超音波の伝搬時間と温度センサの検知温度から被計測流体の流量を演算する演算部と、を備える。センサプレートは、基板から突出するように構成されるとともに、基板を流路体に固定した際に流路体に設けたセンサ穴から流路の流路断面内に突出するように構成したことを特徴とする。
　この構成により、流路の雰囲気温度の影響を大幅に低減して流体温度を精度よく計測でき、計測精度の高い超音波流量計が実現できる。
　第２の開示は、特に第１の開示において、センサプレートは、基板から垂直に突出させて固定され、基板と流路体との間にセンサ穴からの被計測流体の漏洩を防止するシール体を備えてもよい。この構成により、センサの配線と気密構成を簡単な構成で実現できる。
　第３の開示は、特に第１または２のいずれか１つの開示において、基板にコネクタ部を配置し、コネクタ部を介してセンサプレートを着脱自在に取付けてもよい。
　この構成により、計測目的の違いや被計測流体の相違に適する部品選定が可能となり、超音波流量計の汎用性を高めることができ、センサ交換のメンテナンス性の良い超音波流量計を実現できる。
　第４の開示は、特に第１～３のいずれか１つの開示において、センサプレートに、フレキシブル基板で形成した屈曲可能な可撓部を設けてもよい。この構成により、製造時や部品交換時の不意な接触によるセンサプレートの折損を防止でき、組立性を高めることができる。
　第５の開示は、特に第１～４のいずれか１つの開示において、センサプレートの先端部が流路の壁面に接触する構成としてもよい。この構成により、被計測流体の流動によるセンサプレートの振動を抑制して破損を防止し、コネクタ部を設けた場合ではコネクタ部からセンサプレートが脱落することを防止できる。
　第６の開示は、特に第１～５のいずれか１つの開示において、センサプレートを、センサ穴の内壁面に設けた案内部に嵌合させてもよい。この構成により、被計測流体の流動によるセンサプレートの振動を押えて破損を防止し、センサプレートとして薄いフレキシブル基板の利用を可能にして構成を簡素化でき、信頼性を向上できる。
　第７の開示は、特に第１～６のいずれか１つの開示において、センサプレートを、流路の上流側に配置して被計測流体の流れを整える整流体としてもよい。この構成により、流れの乱れを低減して安定した流量計測ができ、薄いセンサプレートにより流動抵抗の増大を防止できる。
　第８の開示は、特に第１～７のいずれか１つの開示において、センサプレートに、被計測流体の流体特性である圧力を検知する圧力センサを備えてもよい。この構成により、コンパクトなセンサ部を実現して、部品の簡素化や低コストができ、汎用性を高めた一層計測精度を高めた超音波流量計を実現できる。
　第９の開示は、特に第１～８のいずれか１つの開示において、演算部を、基板に構成してもよい。この構成により、低コストでコンパクトな組立性の良い超音波流量計を実現できる。
　以上のように、本開示の超音波流量計は、流体温度を精度よく計測でき、計測精度の高い流量計が実現でき、さらにセンサの配線と気密構成を簡単に構成でき、組立性やメンテナンス性の良い汎用性の高い超音波流量計を実現できる。
　この方法の採用により、計測すべき流体が変わっても、また計測目的が異なる場合でもセンサプレートを交換するだけで対応できるようになり、応用範囲が広く汎用性の高い超音波流量計のシステム化を構築できる。
　１　流路体
　２　流路
　３、４　超音波送受波器
　８、２４、２５、２６、２７　センサプレート
　８ａ　先端部
　９、２８、２９　基板
　９ａ　センサ部
　９ｂ　制御部（演算部）
　１０　センサ穴
　１１　温度センサ
　１２　シール体
　１５　圧力センサ
　１６　コネクタ部
　１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ　可撓部
　１９　案内部
　２１　整流体

Claims (9)

  1. 　被計測流体が流れる流路を有する流路体と、
    　前記流路体に配置された一対の超音波送受波器と、
    　前記流路体に固定される基板と、
    　前記被計測流体の温度を検知する温度センサが配置された平板状のセンサプレートと、
    　前記超音波送受波器間の超音波の伝搬時間と前記温度センサの検知温度から被計測流体の流量を演算する演算部と、を備え、
    　前記センサプレートは、前記基板から突出するように構成されるとともに、前記基板を前記流路体に固定した際に前記流路体に設けたセンサ穴から前記流路の流路断面内に突出するようにしたことを特徴とする超音波流量計。
  2. 　前記センサプレートは、前記基板から垂直に突出させて固定され、前記基板と前記流路体との間に前記センサ穴からの被計測流体の漏洩を防止するシール体を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
  3. 　前記基板にコネクタ部を配置し、該コネクタ部を介して前記センサプレートを着脱自在に取付けたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  4. 　前記センサプレートに、フレキシブル基板で形成した屈曲可能な可撓部を設けたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  5. 　前記センサプレートの先端部が前記流路の壁面に接触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。
  6. 　前記センサプレートを、前記センサ穴の内壁面に設けた案内部に嵌合させたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  7. 　前記センサプレートを、前記流路の上流側に配置して被計測流体の流れを整える整流体としたことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  8. 　前記センサプレートに、前記被計測流体の流体特性である圧力を検知する圧力センサを備えたことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の超音波流量計。
  9. 　前記演算部を、前記基板に構成されたことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の超音波流量計。
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