WO2020203256A1 - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020203256A1 WO2020203256A1 PCT/JP2020/011712 JP2020011712W WO2020203256A1 WO 2020203256 A1 WO2020203256 A1 WO 2020203256A1 JP 2020011712 W JP2020011712 W JP 2020011712W WO 2020203256 A1 WO2020203256 A1 WO 2020203256A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- flow path
- ultrasonic
- fluid
- measurement
- measured
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- 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
Definitions
- the present disclosure relates to an ultrasonic flow meter that measures the flow velocity of a fluid by propagating ultrasonic waves to the fluid flowing in the measurement flow path.
- FIG. 7 shows a cross section of the measurement flow path of the conventional ultrasonic flowmeter.
- FIG. 8 is a partial cross-sectional view of an opening hole of a conventional ultrasonic flowmeter.
- a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers 104 and 105 are placed in the opening hole 103 having an opening window 102 that opens in the measurement flow path 101 through which the fluid to be measured flows with respect to the flow direction of the fluid to be measured. They are arranged so as to face each other at a predetermined angle.
- An inflow suppressor 106 which is an ultrasonic passing body having a large number of fine openings through which ultrasonic waves can pass, is arranged in the opening window 102.
- the fluid to be measured flowing in the measurement flow path 101 is suppressed from flowing into the opening hole 103 accommodating the ultrasonic wave transmitters and receivers 104 and 105 by the inflow suppressor 106. Therefore, it is possible to reduce the vortex in the opening hole 103, reduce the attenuation of the ultrasonic wave at the time of transmitting and receiving the ultrasonic wave, and increase the reception level of the ultrasonic wave. Further, by reducing the size of the hole of the opening window 102, the attenuation of unnecessary components transmitted to the side and not directly to the receiving side among the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitters and receivers 104 and 105 is promoted. Therefore, the S / N of the ultrasonic wave transmission waveform can be increased.
- the inside of the measurement flow path 101 is immediately replaced with a new fluid to be measured, but there is a problem in replacing the fluid to be measured in the opening hole 103. That is, since the permeation of the fluid to be measured is suppressed by providing the inflow suppressor 106 having a large number of fine openings through which ultrasonic waves can pass through the opening hole 103, the permeation of the fluid to be measured is suppressed, so that the fluid to be measured in the opening hole 103 is replaced. Has the problem that it takes time.
- the present disclosure provides an ultrasonic flowmeter capable of quickly replacing the fluid to be measured in the opening hole in which the ultrasonic wave transmitter / receiver is arranged.
- the ultrasonic flowmeter of the present disclosure includes a flow path body having a measurement flow path through which a fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers arranged in the flow path body, and an ultrasonic transmission / reception provided in the flow path body.
- the flow velocity of the fluid to be measured or the flow velocity of the fluid to be measured is measured by measuring the propagation time of ultrasonic waves between the opening hole for attaching the wave device, the guide part inserted between the ultrasonic wave transmitter and the opening hole, and the ultrasonic wave transmitter / receiver. It includes a measurement calculation unit that calculates the flow rate.
- the opening hole is formed at a predetermined angle with respect to the flow direction of the measurement flow path, has an opening facing the measurement flow path, and the guide portion protrudes from the opening into the cross section of the measurement flow path. Has a part.
- the guide portion of the ultrasonic wave transmitter / receiver is projected into the measurement flow path to disturb the flow of the fluid to be measured in the measurement flow path and to the opening hole of the fluid to be measured. Promote the influx of. Therefore, it is possible to quickly replace the fluid to be measured in the opening hole, and it is possible to provide a highly versatile ultrasonic flowmeter capable of stable measurement even when the fluid to be measured is changed in various ways.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a flow path body of an ultrasonic flowmeter according to an embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the details of the guide portion of the ultrasonic flowmeter according to the embodiment.
- FIG. 3 is an external view of the flow direction of the guide portion of the ultrasonic flow meter according to the embodiment.
- FIG. 4 is an external view of the flow direction showing another configuration of the guide portion of the ultrasonic flow meter according to the embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing another configuration of the guide part of the ultrasonic flowmeter according to the embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a flow path body showing another configuration of the ultrasonic flow meter according to the embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a flow path in a conventional ultrasonic flowmeter.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the opening hole portion in the conventional ultrasonic
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the flow path portion of the ultrasonic flowmeter according to the embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the details of the guide portion of the ultrasonic flowmeter according to the embodiment of the present disclosure.
- a pair of ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4 are arranged to face each other in the flow path body 1 with a predetermined angle ⁇ in the flow axis direction of the measurement flow path 2 through which the fluid to be measured flows.
- the measurement calculation unit 14 measures the propagation time of ultrasonic waves between the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4, and calculates the flow velocity and flow rate of the fluid to be measured flowing through the measurement flow path 2 based on a known calculation method.
- a cylindrical guide portion 5 is arranged on the outer peripheral side of the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4, and the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4 are housed in an opening hole 6 having an opening 6a in the measurement flow path 2.
- the tip of the guide portion 5 on the measurement flow path 2 side protrudes from the opening 6a into the measurement flow path 2 to form an upstream side protrusion 7a and a downstream side protrusion 7b.
- the protruding portion 7 When it is not necessary to distinguish between the upstream side protruding portion 7a and the downstream side protruding portion 7b, it is referred to as the protruding portion 7.
- the measurement flow path 2 is connected to an external pipe (not shown) via the inlet connection portion 8 and the outlet connection portion 9 to allow the fluid to be measured to flow.
- the attachment portion and the guide portion 5 of the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4 and the flow path body 1 will be described with reference to FIG. 2 showing the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 3 side arranged on the upstream side of the measurement flow path 2.
- the ultrasonic wave transmitter / receiver 3 is incorporated into the flow path body 1 via a vibration damping seal body 10 that holds the flange portion 3a so as to sandwich it. Further, the vibration damping seal body 10 is pressed and fixed by the fixed body 11, and the fluid to be measured is hermetically sealed so as not to leak out of the flow path body 1.
- the side wall portion 3b of the ultrasonic wave transmitter / receiver 3 is closely covered with the vibration damping body 12 formed by extending from the vibration damping seal body 10.
- the vibration damping body 12 attenuates unnecessary housing vibration during ultrasonic wave transmission of the ultrasonic wave transmitter / receiver 3.
- the guide portion 5 is inserted and arranged on the outside of the vibration damping body 12, and the sealing portion 10a is inserted on the flange portion 3a side of the ultrasonic wave transmitter / receiver 3 by the holding portion 5a inserted inside the sealing portion 10a of the vibration damping seal body 10. It is supported from the inside to improve the sealing property of the sealing portion 10a, and is locked to the flow path body 1 by the holding portion 5a of the guide portion 5 to prevent its falling off, and further secures the positioning of the ultrasonic transmitter / receiver 3. There is.
- FIG. 3 shows the appearance of the protrusion 7 in the measurement flow path 2 having a rectangular cross section as viewed in the direction of arrow A in FIG.
- the upstream side projecting portion 7a on the upstream side ultrasonic wave transmitter / receiver 3 side and the downstream side projecting portion 7b on the downstream side ultrasonic wave transmitter / receiver 4 side project into the measurement flow path 2 with a projecting amount h.
- the protrusion 7 promotes the inflow of the fluid to be measured into the opening hole 6, and the fluid to be measured in the opening hole 6 can be quickly replaced.
- a state in which the guide portion 5 having a cylindrical tip is projected into the measurement flow path 2 is shown, and the portion of the guide portion 5 protruding into the measurement flow path 2 is referred to as a protrusion 7.
- the cross-sectional area S of the rectangular measurement flow path 2 is set, and the upstream side protrusion 7a seen in the direction of arrow A in FIG. 1 occupies.
- the protruding ratio St / S of the upstream protruding portion 7a is set to 1/3 at the maximum. Further, the protrusion ratio is similarly set for the downstream side protrusion 7b.
- FIG. 4 is an external view of the flow direction showing another configuration of the guide portion 5, and a turbulence promoting portion 13 for increasing the turbulence of the flow is formed at the tip of the protruding portion 7.
- a turbulence promoting portion 13 for increasing the turbulence of the flow is formed at the tip of the protruding portion 7.
- the measurement calculation unit 14 transmits ultrasonic waves from one ultrasonic wave transmitter / receiver 3 or 4 to the fluid to be measured flowing through the measurement flow path 2, and the other ultrasonic wave transmitter / receiver 4 or 3 transmits the ultrasonic waves. Measure the time required for reception and propagation. Then, ultrasonic flow rate measurement by the so-called time difference method is performed, in which 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. Do.
- a protruding portion formed so as to protrude into the measurement flow path 2. 7 disturbs the flow in the measurement flow path 2 and causes a entanglement flow on the wake side of the protruding portion 7. Then, a vortex is generated in the opening hole 6 by the action of disturbing the flow by the protruding portion 7, and the fluid to be measured in the opening hole 6 is quickly replaced, so that all the ultrasonic waves including the inside of the opening hole 6 are generated.
- the composition of the fluid to be measured has a uniform propagation path.
- the measurement error due to the non-uniform fluid composition can be eliminated, and the fluid composition state becomes uniform immediately after switching the fluid, so that correct measurement is possible, the measurement time can be shortened, and the fluid to be measured is repeatedly changed.
- the guide unit 5 when the guide unit 5 is arranged on the outer peripheral side of the ultrasonic wave transmitters and receivers 3 and 4, the other ultrasonic waves arranged opposite to each other by restricting the lateral propagation of the ultrasonic waves oscillated by one ultrasonic wave transmitter / receiver. It is possible to promote the propagation of ultrasonic waves to the transmitter / receiver and increase the reception sensitivity.
- ultrasonic wave propagation is not affected by at least the shape of the wall surface forming the opening hole 6 on the side protruding in the cross section of the measurement flow path 2. Further, when the guide portion 5 is arranged over the entire wall surface of the opening hole 6 as shown in the cross-sectional view of the main part showing another configuration of the guide portion 5 in the present embodiment shown in FIG. 5, the wall surface forming the opening hole 6 is formed. Since ultrasonic propagation is not affected by the shape at all, the degree of freedom in designing the opening hole 6 in the flow path body is increased, and the flow path body having various shapes can be easily manufactured and the productivity can be improved.
- a turbulent flow velocity distribution can be created in the measurement flow path 2 where ultrasonic waves propagate from a small flow rate region to a large flow rate region, and the flow velocity distribution shape can be stabilized into a turbulent flow type shape over a wide flow rate range. It is possible to eliminate the region where the shape changes from laminar flow to turbulent flow, reduce the measurement error due to the difference in the flow velocity distribution shape, and improve the measurement accuracy.
- the protruding area of the protruding portion 7 is the measurement flow path 2 It is desirable that the maximum is 1/3 of the area of the cross section of.
- vibration damping seal body 10 by supporting the vibration damping seal body 10 from the inside by the holding portion 5a of the guide portion 5, it is possible to form a seal using a softer vibration damping material as the material of the vibration damping seal body 10, and it is possible to control even at extremely low temperatures.
- Elastic materials such as rubber, which have excellent vibration and vibration isolation, can have both an airtight sealing function and a vibration damping function.
- the vibration-damping / vibration-damping characteristics of the vibration-damping body 12 formed by extending from the vibration-damping seal body 10 are enhanced to attenuate the housing vibration of the ultrasonic transmitter / receiver, and to attenuate the vibration transmission to the flow path body 1 and to flow. It is possible to reduce the propagation of housing vibrations from the road body 1, and it is possible to transmit and receive ultrasonic pulses with short reverberation.
- the guide portion 5 and the vibration damping seal body 10 it is possible to realize a highly reliable support configuration of the ultrasonic vibrator that reduces the propagation of vibration to the pipeline wall of the flow path body 1. Can be done.
- the support configuration of the ultrasonic vibrator makes it possible to improve the measurement characteristics of the ultrasonic flowmeter and to provide a highly versatile ultrasonic flowmeter by the action of the protrusion of the guide portion 5 described above.
- the arrangement of the pair of ultrasonic wave transmitters / receivers has been described in a so-called Z-shaped configuration in which the propagation path crosses the flow only once, but the present invention is not limited to this. Even if 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, etc. Good.
- FIG. 6 shows an example in the case where the ultrasonic wave propagation path is I-shaped.
- the ultrasonic wave transmitter / receiver is arranged so that the ultrasonic wave propagation path is I-shaped parallel to the flow. Even when they are arranged, the same effect can be obtained by providing the protruding portions 7 (7a, 7b) with the guide portion protruding from the measurement flow path, so even if the configuration is an I-shape parallel to the flow. Good.
- the ultrasonic flow meter in the first disclosure includes a flow path body having a measurement flow path through which the fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic wave transmitters / receivers arranged in the flow path body, and a flow path. Measure the propagation time of ultrasonic waves between the opening hole for attaching the ultrasonic wave transmitter / receiver provided on the body, the guide part inserted between the ultrasonic wave transmitter / receiver and the opening hole, and the ultrasonic wave transmitter / receiver. It also includes a measurement calculation unit that calculates the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured. Further, the opening hole is formed at a predetermined angle with respect to the flow direction of the measurement flow path, has an opening facing the measurement flow path, and the guide portion protrudes from the opening into the cross section of the measurement flow path. Has a protruding part.
- the ultrasonic flowmeter in the second disclosure may form a turbulence promoting portion that enhances the turbulence of the flow of the fluid to be measured by changing the protruding length of the protruding portion of the guide portion, particularly in the first disclosure.
- the ultrasonic flowmeter in the third disclosure may be configured such that the guide portion projects up to 1/3 with respect to the cross-sectional area of the measurement flow path, particularly in any one of the first or second disclosures. Good.
- the ultrasonic flow meter in the fourth disclosure further includes a vibration damping seal body arranged on the outer periphery of the ultrasonic wave transmitter / receiver in any one of the first to third disclosures, and guides the vibration damping seal body. May be held with.
- the damping seal body can be fixed without adding parts.
- the ultrasonic flowmeter in the present disclosure can quickly replace the fluid to be measured between the opening hole accommodating the ultrasonic wave transmitter and receiver and the measurement flow path, and various fluids to be measured can be used in a laboratory or the like. Even when switching and measuring the flow rate, it is possible to eliminate measurement errors due to different fluid compositions, provide a flow meter that can measure immediately and shorten the measurement time, and general-purpose that enables stable measurement against changes in the fluid to be measured. It is possible to construct an ultrasonic flowmeter with high performance.
- Flow path 2 Measurement flow path 3, 4 Ultrasonic wave transmitter 5 Guide part 5a Holding part 6 Opening hole 6a Opening 7 Protruding part 7a Upstream side protruding part 7b Downstream side protruding part 10 Vibration damping seal body 12 Vibration damping body 13 Disturbance promotion unit 14 Measurement calculation unit
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
被計測流体が流れる計測流路（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（３、４）と、流路体（１）に設けられた超音波送受波器（３、４）を取り付けるための開口穴（６）と、を設ける。さらに、超音波送受波器（３、４）にガイド部（５）を配置するとともに、ガイド部（５）が計測流路（２）の断面内に突出する突出部（７）を有する。この構成により、開口穴（６）への被計測流体の流入を促進して流体の置換を迅速に行い、被計測流体を各種変更した場合でも、安定した計測が可能な汎用性が高い超音波流量計を提供することができる。
Description
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、被計測流体が流れる計測流路に、ある角度を持って取付けられた一対の超音波送受波器を計測流路に開口する開口穴内に収納して設置し、この開口穴の開口窓に超音波が通過可能な多数の微細な開口を持つ超音波通過体である流入抑制体を配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図７は、従来の超音波流量計の計測流路の断面を示したものでる。図８は従来の超音波流量計の開口穴部の部分断面図である。
この超音波流量計では、被計測流体が流れる計測流路１０１に開口する開口窓１０２を有する開口穴１０３内に、一対の超音波送受波器１０４、１０５を被計測流体の流動方向に対して所定の角度で互いに対向させて配置している。開口窓１０２には超音波が通過可能な多数の微細な開口を持つ超音波通過体である流入抑制体１０６を配置している。
計測流路１０１を流動する被計測流体は、流入抑制体１０６により超音波送受波器１０４、１０５を収納している開口穴１０３への流れ込みが抑制される。そのため、開口穴１０３内での渦を低減して超音波の送受波時の超音波の減衰を少なくして超音波の受信レベルを高めることができる。さらに、開口窓１０２の穴の寸法を小さくしたことにより、超音波送受波器１０４、１０５から発信された超音波の内、側方に発信されて受信側に直接向かわない不要成分の減衰を促進して超音波の送信波形のＳ／Ｎを高めることができる。
このような、超音波流量計において被計測流体を変更して計測を行う場合、計測流路１０１および開口穴１０３内の被計測流体を、新たに計測する被計測流体と置換する必要がある。
しかしながら、図７、図８に示す従来の構成では、計測流路１０１内はすぐに新たな被計測流体に置換されるが、開口穴１０３内の被計測流体の置換には課題がある。すなわち、開口穴１０３に超音波が通過可能な多数の微細な開口を持つ流入抑制体１０６を設けていることにより被計測流体の透過が抑制されるので、開口穴１０３内の被計測流体の置換には時間がかかるという課題がある。
即ち、常に同じ成分の被計測流体の流速や流量を計測する場合には、置換時間を短縮する必要性は低いが、実験などで絶えず異なる成分からなる被計測流体の流速や流量を計測する場合には、計測流路１０１と開口穴１０３内の被計測流体の置換不足により計測対象とは異なる成分からなる流体の混入による誤計測や、被計測流体の置換までの待ち時間のために計測時間を要することが大きな課題となる。
本開示は、超音波送受波器を配置する開口穴内にある被計測流体の置換を素早く行うことが可能な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計測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、流路体に設けられた超音波送受波器を取り付けるための開口穴と、超音波送受波器と開口穴の間に挿入されたガイド部と、超音波送受波器間の超音波の伝搬時間を計測し、被計測流体の流速又は流量を演算する計測演算部と、を備える。開口穴は、計測流路の流れ方向に対して所定の角度を持って形成され、計測流路に臨む開口部を有し、ガイド部は、開口部から計測流路の断面内に突出する突出部を有する。
この構成により、計測流路内の流れを乱して開口穴への被計測流体の流入を促進して開口穴内の被計測流体の置換を迅速に行うことができる。
本開示の超音波流量計は、計測流路内に超音波送受波器のガイド部を突出させることで、計測流路内の被計測流体の流れを乱して、被計測流体の開口穴への流入を促進する。そのため、開口穴内の被計測流体の置換を迅速に行うことができ、被計測流体を各種変更した場合でも、安定した計測が可能な汎用性が高い超音波流量計を提供することができる。
以下、本開示の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。
（実施の形態）
実施の形態について、図１～図２を用いて説明する。
実施の形態について、図１～図２を用いて説明する。
図１は本開示の実施の形態における超音波流量計の流路部の断面図である。図２は本開示の実施の形態における超音波流量計のガイド部の詳細を示す断面図である。
図１において、流路体１には被計測流体が流れる計測流路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が対向して配置されており、計測演算部１４は、超音波送受波器３、４間の超音波の伝搬時間を計測して、既知の演算方法に基づいて計測流路２を流れる被計測流体の流速や流量を演算する。
この超音波送受波器３、４の外周側には円筒状のガイド部５を配置するとともに、計測流路２に開口部６ａを有する開口穴６に超音波送受波器３、４を収納し、ガイド部５の計測流路２側の先端は開口部６ａから計測流路２に突出させて上流側突出部７ａ、下流側突出部７ｂを形成している。なお、上流側突出部７ａと下流側突出部７ｂの区別が必要無い場合は、突出部７と記す。
この計測流路２は入口接続部８、出口接続部９を介して外部の配管（図示せず）に接続されて被計測流体を流動させるものである。
超音波送受波器３、４と流路体１との取付け部とガイド部５について、計測流路２の上流側に配置した超音波送受波器３側の構成を示す図２を加えて説明する。超音波送受波器３はフランジ部３ａを挟み込むように保持する制振シール体１０を介して流路体１に組込む。さらに、固定体１１で制振シール体１０を押さえて固定し、被計測流体が流路体１の外に漏出しないように気密にシールしている。
超音波送受波器３の側壁部３ｂは、制振シール体１０から延伸させて形成した、振動を減衰させる制振体１２が密着して覆っている。この制振体１２によって、超音波送受波器３の超音波発信時における不要な筐体振動が減衰する。
ガイド部５はこの制振体１２の外側に挿入配置し、超音波送受波器３のフランジ部３ａ側に制振シール体１０のシール部１０ａの内側に挿入した保持部５ａでシール部１０ａを内側から支えてシール部１０ａのシール性を高めるとともに、ガイド部５の保持部５ａで流路体１に係止してその脱落を防止し、さらに超音波送受波器３の位置決めを確実にしている。
その上に、ガイド部５は、保持部５ａが開口穴６の段差部６ｂで位置が規制されており、先端側を計測流路２に突出量ｈで突出させて上流側突出部７ａを形成している。図３は、図１の矢印Ａ方向に見た矩形断面の計測流路２内の突出部７の外観を示したものである。上流側の超音波送受波器３側の上流側突出部７ａと、下流側の超音波送受波器４側の下流側突出部７ｂが計測流路２内に突出量ｈで突出している。そして、この突出部７により被計測流体の開口穴６への流入を促進して開口穴６内の被計測流体の置換を迅速に行うことができる。なお、ここでは円筒状の先端を有するガイド部５を計測流路２内に突出させた状態を示し、このガイド部５の計測流路２内に突出した部分を突出部７としている。また、上流側の超音波送受波器３側の上流側突出部７ａの位置において、矩形の計測流路２の横断面積Ｓとし、図１の矢印Ａ方向に見た上流側突出部７ａが占有する突出面積Ｓｔとした場合、上流側突出部７ａの突出比率Ｓｔ／Ｓは最大１／３としている。また、下流側突出部７ｂでも同様に突出比率を設定している。
さらに、図４はガイド部５の他の構成を示した流動方向外観図であり、突出部７の先端に流れの乱れを高める乱れ促進部１３を形成している。図４に示すように、乱れ促進部１３を、計測流路２への突出長さを変化させた凹凸形状とすることで、被計測流体の流れの乱れを更に高めることができ、被計測流体の開口穴６への流入を促進して開口穴６内の被計測流体の置換を迅速に行うことができる。
次に、本開示の超音波流量計の動作について説明する。
計測演算部１４は、計測流路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。
この計測時において、計測流路２内の被計測流体と超音波送受波器３、４を収容する開口穴６内の流体が全く同じ組成状態ならば問題ないが、もし流体組成が異なっていると流体内の超音波伝搬速度が異なるため、計測の誤差要因となる。
本実施の形態における超音波流量計では、実験等で各種の被計測流体（空気、メタン、窒素、水素等）を切換えて流量計測する場合でも、計測流路２に突出させて形成した突出部７によって、計測流路２内の流れが乱され突出部７の後流側に巻き込み流れが発生する。そして、この突出部７による流れを乱す作用により開口穴６内に渦を発生させて、開口穴６内の被計測流体の置換を迅速に行うことで開口穴６内を含めた全ての超音波伝搬路が均一な被計測流体の組成となる。
このため、流体組成が均一でないことによる計測誤差を排除でき、さらに流体を切換えて直ぐに流体組成状態が均一となるので正しい計測が可能となり、計測時間が短縮でき、被計測流体を繰り返し変更した場合でも、安定した計測が可能な汎用性が高い超音波流量計を提供することができる。
また、ガイド部５を超音波送受波器３、４の外周側に配置すると、一方の超音波送受波器で発振した超音波の側方への伝搬を規制して対向配置した他方の超音波送受波器への超音波の伝搬を促進して受信感度を高めることができる。
さらに、ガイド部５を設けることで計測流路２の断面内に突出している側では少なくとも開口穴６を形成する壁面の形状に超音波伝搬が影響されない。さらに、図５に示す本実施の形態におけるガイド部５の他の構成を示す要部断面図のように、開口穴６の壁面全域にガイド部５を配置すると、開口穴６を形成する壁面の形状に超音波伝搬が全く影響されないので、流路体における開口穴６の設計の自由度が高められて、各種形状の流路体の製造が容易となり生産性を向上できる。
また、図４に示したように、突出部７に突出長さが異なる乱れ促進部１３を配置すると、被計測流体の乱れが一層促進され、開口穴内の被計測流体の置換促進作用が向上する。加えて小流量域から大流量域にわたり超音波が伝搬する計測流路２内に乱流状態の流速分布を生み出し、流速分布形状を幅広い流量域にわたり乱流型の形状に安定化でき、流速分布形状が層流から乱流に変化する領域を排除して流速分布形状の差による計測誤差を低減して計測精度を高めることができる。
このため、各種被計測流体に対応可能な汎用性が高く計測精度を高めた超音波流量計を提供することができる。
なお、圧力損失の極端な上昇を回避し、かつ、流体乱れの促進による開口穴６内の被計測流体の置換の迅速化の両立を得るために、突出部７の突出面積は計測流路２の横断面の面積に対して最大１／３までとすることが望ましい。
また、制振シール体１０をガイド部５の保持部５ａで内側から支えることで、制振シール体１０の材料として、より柔らかい制振材料を使用したシール構成が可能となり、極低温時でも制振・防振に優れたゴムなどの弾性材料を気密シール機能と制振機能の両立ができる。さらに、制振シール体１０から延伸して形成した制振体１２の制振・防振特性を高めて超音波送受波器の筐体振動の減衰と流路体１への振動伝達減衰や流路体１からの筐体振動伝搬の低減ができ、残響の短い超音波パルスの送受信が可能となる。
以上の様に、ガイド部５と制振シール体１０を用いることにより、流路体１の管路壁への振動の伝搬を低減させる信頼性の高い超音波振動子の支持構成を実現することができる。この超音波振動子の支持構成により、超音波流量計の計測特性を向上と前述のガイド部５の突出部による作用により汎用性の高い超音波流量計の提供の両立が可能となる。
以上、本開示の実施例において、一対の超音波送受波器の配置として、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。
図６は、超音波伝搬経路がＩ字型の場合の一例を示すもので、図に示すように、超音波の伝搬路が流れに平行なＩ字型になるように超音波送受波器を配置した場合でも、ガイド部を計測流路に突出させた突出部７（７ａ、７ｂ）を設けることで同様の効果が得られるので、流れに平行なＩ字型等になる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よいことは云うまでもない。
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計測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、流路体に設けられた超音波送受波器を取り付けるための開口穴と、超音波送受波器と開口穴の間に挿入されたガイド部と、超音波送受波器間の超音波の伝搬時間を計測し、被計測流体の流速又は流量を演算する計測演算部と、を備える。さらに、開口穴は、計測流路の流れ方向に対して所定の角度を持って形成され、計測流路に臨む開口部を有し、ガイド部は、開口部から計測流路の断面内に突出する突出部を有する。
この構成により、計測流路内の流れを乱して開口穴への被計測流体の流入を促進して開口穴内の被計測流体の置換を迅速に行うことができ、被計測流体を繰り返し変更した場合でも、短時間で安定した計測が可能な汎用性の高い超音波流量計を構築することができる。
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、ガイド部の突出部の突出長さを変化させて被計測流体の流れの乱れ高める乱れ促進部を形成してもよい。
この構成により、開口穴内の被計測流体の置換促進に加えて小流量域から大流量域にわたり乱流状態の流速分布を計測流路に生み出し、汎用性が高く計測精度を高めた超音波流量計を提供することができる。
第３の開示における超音波流量計は、特に第１または第２のいずれか１つの開示において、ガイド部が、計測流路の横断面の面積に対して最大１／３まで突出する構成としてもよい。
この構成により、流体の乱れの促進と実用可能な圧力損失の両立を得ることができ、汎用性をより高めた超音波流量計を提供することができる。
第４の開示における超音波流量計は、特に第１～３のいずれか１つの開示において、更に、超音波送受波器の外周に配置した制振シール体を備え、制振シール体をガイド部で保持してもよい。
この構成により、部品を追加すること無く制振シール体を固定できる。
以上のように、本開示における超音波流量計は、超音波送受波器を収容する開口穴と計測流路との被計測流体の置換を迅速にでき、実験室などで各種の被計測流体を切換えて流量計測する場合でも、流体組成が異なることによる計測誤差を排除でき、直ぐに計測可能とした計測時間の短縮可能な流量計を提供でき、被計測流体の変更に対する安定した計測が可能な汎用性が高い超音波流量計を構築することができる。
１ 流路体
２ 計測流路
３、４ 超音波送受波器
５ ガイド部
５ａ 保持部
６ 開口穴
６ａ 開口部
７ 突出部
７ａ 上流側突出部
７ｂ 下流側突出部
１０ 制振シール体
１２ 制振体
１３ 乱れ促進部
１４ 計測演算部
２ 計測流路
３、４ 超音波送受波器
５ ガイド部
５ａ 保持部
６ 開口穴
６ａ 開口部
７ 突出部
７ａ 上流側突出部
７ｂ 下流側突出部
１０ 制振シール体
１２ 制振体
１３ 乱れ促進部
１４ 計測演算部
Claims (4)
- 被計測流体が流れる計測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、
前記流路体に設けられた前記超音波送受波器を取り付けるための開口穴と、
前記超音波送受波器と前記開口穴の間に挿入されたガイド部と、
前記超音波送受波器間の超音波の伝搬時間を計測し、前記被計測流体の流速又は流量を演算する計測演算部と、を備え、
前記開口穴は、前記計測流路の流れ方向に対して所定の角度を持って形成され、前記計測流路に臨む開口部を有し、
前記ガイド部は、前記開口部から前記計測流路の断面内に突出する突出部を有することを特徴とする超音波流量計。 - 前記ガイド部の前記突出部は、突出長さを変化させて前記被計測流体の流れの乱れ高める乱れ促進部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
- 前記ガイド部は、前記計測流路の横断面の面積に対して最大１／３まで突出している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。
- 更に、前記超音波送受波器の外周に配置した制振シール体を備え、
前記制振シール体を前記ガイド部で保持する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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019071414A JP2020169890A (ja) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 超音波流量計 |
| JP2019-071414 | 2019-04-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020203256A1 true WO2020203256A1 (ja) | 2020-10-08 |
Family
ID=72668565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/011712 WO2020203256A1 (ja) | 2019-04-03 | 2020-03-17 | 超音波流量計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP2020169890A (ja) |
| WO (1) | WO2020203256A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62132425U (ja) * | 1986-02-13 | 1987-08-21 | ||
| JP2008002872A (ja) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | Yazaki Corp | 超音波センサ用計測流路ユニットおよび超音波式ガスメータ |
-
2019
- 2019-04-03 JP JP2019071414A patent/JP2020169890A/ja active Pending
-
2020
- 2020-03-17 WO PCT/JP2020/011712 patent/WO2020203256A1/ja active Application Filing
-
2023
- 2023-12-05 JP JP2023205051A patent/JP2024015189A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62132425U (ja) * | 1986-02-13 | 1987-08-21 | ||
| JP2008002872A (ja) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | Yazaki Corp | 超音波センサ用計測流路ユニットおよび超音波式ガスメータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020169890A (ja) | 2020-10-15 |
| JP2024015189A (ja) | 2024-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5548834B1 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP5629265B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| MY127673A (en) | Ultrasonic flow meter | |
| CZ188195A3 (en) | Flow meter | |
| KR101919872B1 (ko) | 도관에 흐르는 유체의 유동 속도를 판정하기 위한 측정 장치 및 방법 | |
| MX2012006264A (es) | Medidor de flujo y metodo. | |
| CN108463693B (zh) | 气量计 | |
| CN106030254A (zh) | 气体流量计 | |
| WO2014125720A1 (ja) | 超音波流量計および超音波流量計用の超音波吸収体 | |
| JP2020034464A (ja) | 超音波流量計 | |
| KR102687758B1 (ko) | 초음파 유량계 | |
| WO2020203256A1 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2018105735A (ja) | 超音波流量計、超音波緩衝装置、超音波流量計測方法、超音波緩衝方法、および超音波緩衝体取付方法 | |
| US10677757B2 (en) | Method for acoustically determining properties of a medium, and device for acoustically determining properties of a medium, comprising a reflective element | |
| JP2006292381A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP5580950B1 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2002236042A (ja) | 流量計 | |
| JPH11230799A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2004037468A (ja) | 超音波流量計測装置 | |
| WO2020203183A1 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP4368591B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2005180988A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2008014829A (ja) | 超音波流量計 | |
| US20240125635A1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
| US20240125634A1 (en) | Ultrasonic flowmeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20782692 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20782692 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |