JP2009008406A - 超音波流量計及び超音波送受波器ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく流量計測を行うことが可能な超音波流量計及び超音波送受波器ユニットの提供を目的とする。
【解決手段】本発明の超音波流量計１０によれば、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定壁１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０が、送波側の計測用超音波送受波器２０が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定壁１８へと伝播する超音波がキャンセルされる（打ち消される）。即ち、計測用超音波送受波器２０からの超音波の送波に伴って、送受波器固定壁１８を介して計測ハウジング１１へと伝播する超音波（所謂、筐体ノイズ）を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１対の計測用超音波送受波器間で送受波される超音波を、計測ハウジングの流路内を流れる流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計及び、超音波流量計に取り付けられる超音波送受波器ユニットに関する。

この種の従来の超音波流量計として、１対の超音波送受波器をゴム製の防振部材を介して計測管に固定することで、超音波送受波器から計測管の管壁へと伝播する超音波（所謂、筐体ノイズ）を低減させたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開昭６１−２５０２１号公報（第４頁第７行目〜第５頁第６行目、第１図） 特開平１１−２３３３２号公報（段落［０００８］，［０００９］、第２図）

しかしながら、上述した従来の超音波流量計では、温度が低下してゴムが硬化すると、筐体ノイズを十分に低減することができなくなり、計測精度が悪化するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、精度よく流量計測を行うことが可能な超音波流量計及び超音波送受波器ユニットの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる流路を有した計測ハウジングに、流路の上流側と下流側とに分けて１対の送受波器固定壁を設けると共にそれら１対の送受波器固定壁の互いの対向面に１対の計測用超音波送受波器を固定し、１対の計測用超音波送受波器の間で送受波される超音波を流路内の流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、１対の送受波器固定壁のうち互いの対向面と反対側の面にそれぞれ固定され、計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、計測用超音波送受波器から送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるための１対のノイズキャンセル用超音波送受波器を備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、ノイズキャンセル用超音波送受波器は、送受波器固定壁に伝播する超音波を受波可能に構成され、計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号と、その受波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器が超音波を受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、計測用受波信号のうち計測用超音波送受波器が送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする受波信号処理部を備えたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の超音波流量計において、計測用超音波送受波器とノイズキャンセル用超音波送受波器とは、同一構造かつ同一サイズの超音波送受波器であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の超音波流量計において、計測ハウジングには、直線状に延びた管構造をなしかつ両端寄り位置の側面に流体流入部及び流体流出部を有した計測管部と、計測管部の両端を閉塞する１対の端部閉塞壁とが備えられ、１対の送受波器固定壁を、計測管部のうち流体流入部と端部閉塞壁との間と、流体流出部と端部閉塞壁との間とに配置して、計測管部の内部に固定したところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載の超音波流量計において、１対の送受波器固定壁を平板形状にして、計測管部の両端に送受波器固定壁と端部閉塞壁とに挟まれた１対の端部区画領域を設け、１対の送受波器固定壁を貫通して、計測管部のうち１対の送受波器固定壁の間の領域と、１対の端部区画領域とを連通した連通路を備えたところに特徴を有する。

請求項６の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる流路を有した計測ハウジングに、流路の上流側と下流側とに分けて１対の送受波器固定壁を設けると共にそれら１対の送受波器固定壁の互いの対向面に１対の計測用超音波送受波器を固定し、１対の計測用超音波送受波器の間で送受波される超音波を流路内の流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、１対の送受波器固定壁のうち互いの対向面と反対側の面にそれぞれ固定され、計測用超音波送受波器が相手側の計測用超音波送受波器から超音波を受波したときに、送受波器固定壁に伝播する超音波を受波するための１対の受波ノイズキャンセル用超音波送受波器と、計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号と、その受波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定された受波ノイズキャンセル用超音波送受波器が超音波を受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、計測用受波信号のうち計測用超音波送受波器が送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする受波信号処理部とを備えたところに特徴を有する。

請求項７の発明に係る超音波送受波器ユニットは、超音波流量計のうち流体が流れる流路を有した計測ハウジングに対をなして取り付けられ、超音波を送受波して流体の流量の計測に用いられる超音波送受波器ユニットであって、計測ハウジングに外縁部が固定される送受波器固定壁と、送受波器固定壁の表側面に固定されて流路を流れる流体に向けて超音波を送波可能な計測用超音波送受波器と、送受波器固定壁の裏側面に固定されて、計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、計測用超音波送受波器から送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるためのノイズキャンセル用超音波送受波器とを備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明に係る超音波送受波器ユニットは、超音波流量計のうち流体が流れる流路を有した計測ハウジングに対をなして取り付けられ、超音波を送受波して流体の流量の計測に用いられる超音波送受波器ユニットであって、計測ハウジングに外縁部が固定される送受波器固定壁と、送受波器固定壁の表側面に固定されて流路内の流体を伝播する超音波を受波可能な計測用超音波送受波器と、送受波器固定壁の裏側面に固定されて、計測用超音波送受波器が超音波を受波したときに、送受波器固定壁に伝播する超音波を受波し、計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号のうち、送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分を検出するための受波ノイズキャンセル用超音波送受波器とを備えたところに特徴を有する。

［請求項１及び７の発明］
上記のように構成した請求項１及び７に係る発明によれば、１対の計測用超音波送受波器の間で超音波を送受波した場合に、送波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器が、送波側の計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、計測用超音波送受波器から送受波器固定壁へと伝播する超音波がキャンセルされる（打ち消される）。即ち、計測用超音波送受波器からの超音波の送波に伴って、送受波器固定壁を介して計測ハウジングへと伝播する超音波（所謂、筐体ノイズ）を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。

［請求項２の発明］
請求項２に係る発明によれば、計測ハウジング及び送受波器固定壁を超音波が伝播した場合に、受波側の計測用超音波送受波器は、流体中を伝播した超音波と、計測ハウジング及び送受波器固定壁を伝播した超音波とを両方とも受波する。また、受波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器は、計測ハウジング及び送受波器固定壁を伝播した超音波だけを受波する。そして、計測用超音波送受波器が受波して出力する計測用受波信号と、ノイズキャンセル用超音波送受波器が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器が送受波器固定壁を介して受波した受波ノイズ成分（即ち、筐体ノイズ）をキャンセルするから、仮に、送波側の計測用超音波送受波器から送受波器固定壁を介して計測ハウジングへと伝播する超音波を十分に低減できなかった場合でも、その影響を排除して精度よく流量計測を行うことができる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、計測用超音波送受波器とノイズキャンセル用超音波送受波器とを共通の超音波送受波器で構成することができるから、部品調達や部品管理の手間を軽減することができる。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、ノイズキャンセル用超音波送受波器は、計測管部及び端部閉塞壁によって側方及び超音波の送受波面が覆われているから、計測ハウジングの外部からの不要な超音波を受波することを防止することができる。

［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、計測管部のうち、１対の送受波器固定壁の間の領域には、流体流入部から流入した流体が流れ、１対の端部区画領域には、それぞれノイズキャンセル用超音波送受波器が収容される。そして、計測管部を流れる流体の一部が連通路を通って１対の端部区画領域に流入するから、計測用超音波送受波器と同一条件下で、ノイズキャンセル用超音波送受波器による超音波の送受波を行うことができる。

［請求項６及び８の発明］
上記のように構成した請求項６及び８に係る発明によれば、１対の計測用超音波送受波器の間で超音波を送受波した場合に、受波側の計測用超音波送受波器は、流体中を伝播した超音波と、計測ハウジング及び送受波器固定壁を伝播した超音波とを受波する。また、受波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定された受波ノイズキャンセル用超音波送受波器は、計測ハウジング及び送受波器固定壁を伝播した超音波だけを受波する。そして、この受波ノイズキャンセル用超音波送受波器が受波した超音波に基づいて、計測用超音波送受波器が受波して出力する計測用受波信号のうち、送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分（所謂、筐体ノイズ）をキャンセルするから、精度よく流量計測を行うことができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１における符号１１は、超音波流量計１０（図２参照）における計測ハウジングであって、流体（例えばガス）が流れる送給管の途中に取り付けられている。

計測ハウジング１１は、両端部が１対の端部閉塞壁１５，１５によって閉塞された直線状の計測管部１２を備え、その計測管部１２の内部に流体が流れる流路１２Ａが形成されている。流路１２Ａは、長手方向の両端部に備えた大径部１３，１３と、その大径部１３，１３に対して段付き状に縮径した小径部１４とから構成されており、小径部１４の内径は一定となっている。

計測管部１２の長手方向の両端寄り位置からは２つの円筒部１９，１９が、長手方向に対して直角に起立している。円筒部１９，１９のうち、一方の円筒部１９（図１における右側の円筒部１９）の内部領域は、流路１２Ａに流体を導入するための流体流入路１９Ａであって流路１２Ａの一方の大径部１３に連通している。また、他方の円筒部１９（図１における左側の円筒部１９）の内部領域は、流路１２Ａを通過した流体を排出するための流体流出路１９Ｂであって、他方の大径部１３に連通している。そして、両円筒部１９，１９に図示しない送給管が接続されると、図１の矢印に示すように、流路１２Ａの長手方向（図１の左右方向）の一端側から他端側に向かって流体が流れる。なお、一方の円筒部１９は本発明の「流体流入部」に相当し、他方の円筒部１９は本発明の「流体流出部」に相当する。

流路１２Ａのうち大径部１３，１３の内側には、本願の請求項７の発明に係る超音波送受波器ユニット６０，６０が固定されている。超音波送受波器ユニット６０，６０は、送受波器固定板１８（本発明の「送受波器固定壁」に相当する）に計測用超音波送受波器２０とノイズキャンセル用超音波送受波器３０とを背中合わせに固定してなる。

超音波送受波器ユニット６０のうち送受波器固定板１８は、大径部１３の内径よりも大径でかつ板厚方向の両面が平坦な円板状をなしている。そして、大径部１３，１３の内周面のうち、両円筒部１９，１９の内部開口よりも計測管部１２の両端（端部閉塞壁１５，１５）寄り位置に陥没形成された環状の嵌合溝１７，１７に、各送受波器固定板１８，１８の外周縁部が嵌合されている。

送受波器固定板１８，１８のうち、流路１２Ａを挟んで対向した対向面１８Ａ，１８Ａ（本願請求項７における「表側面」に相当する）には、それぞれ計測用超音波送受波器２０，２０が固定されている。計測用超音波送受波器２０，２０は、流路１２Ａの軸線上に配置されており、全体として扁平な円柱構造をなしている。詳細には、計測用超音波送受波器２０の前端部は円錐台形状をなし、前端面が超音波の送受波面２０Ａとなっている。

送受波器固定板１８，１８のうち、計測用超音波送受波器２０，２０が固定された対向面１８Ａ，１８Ａと反対側の面１８Ｂ，１８Ｂ（本願請求項７における「裏側面」に相当する）には、計測用超音波送受波器２０，２０と同一構造でかつ同一サイズのノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０が固定されている。即ち、送受波器固定板１８を挟んで計測用超音波送受波器２０と背中合わせにしてノイズキャンセル用超音波送受波器３０が固定されており、これにより計測用超音波送受波器２０，２０と、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０とが流路１２Ａの軸線上に並べて配置されている。

また、計測管部１２のうち、送受波器固定板１８，１８と端部閉塞壁１５，１５との間には、送受波器固定板１８，１８によって流路１２Ａと断絶されかつ閉塞された端部区画領域１６，１６が形成され、ここに各送受波器固定板１８，１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０がそれぞれ収容されている。ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０を端部区画領域１６，１６に収容したことで、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０が、計測ハウジング１１の外部からの不要な超音波を受波することが防がれる。

なお、端部区画領域１６，１６には、流路１２Ａに流れる流体（流量の計測対象である流体）と同じ流体（本実施形態ではガス）が封入されている。

図２に示すように、計測用超音波送受波器２０，２０は、送受切替部４１からの切替信号によって制御され、一方が発信駆動回路４２に接続されて送波器になると、他方が受信検知回路４３に接続されて受波器になり、所定のタイミングでそれら送波器と受波器とが切り替えられる。

発信駆動回路４２は、演算部４５から発信指令を受信すると、送波側の計測用超音波送受波器２０を励振させて超音波を送波させる。具体的には、図３に示すように、駆動波生成部４２Ａにて駆動パルスを生成し、その駆動パルスによって計測用超音波送受波器２０から超音波を送波させる。

受信検知回路４３では、受波側の計測用超音波送受波器２０が超音波を受波して出力する計測用受波信号が所定値になったときに、時間計測部４４に対して検知信号を出力する。

時間計測部４４は、送波側の計測用超音波送受波器２０が超音波を送波してから、受波側の計測用超音波送受波器２０が超音波を受波する迄の伝播時間を計測する。具体的には、演算部４５から発信駆動回路４２に対して発信指令が出力されたときに時間計測部４４のタイマがスタートし、受信検知回路４３から検知信号が入力したときにタイマがストップする。

演算部４５は、時間計測部４４にて計測された超音波の伝播時間を取り込む。そして、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の一方から他方に向けて超音波を送受波したときの伝播時間と、他方から一方に向けて超音波を送受波したときの伝播時間との差に基づいて、公知な演算式により流体の流速及び流量を演算する。例えば、伝播時間の逆数の差が流速に比例するという原理に基づいて流速及び流量を演算する。

さて、本発明の超音波流量計１０では、計測用超音波送受波器２０，２０のみならず、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０も送受切替部４１からの信号によって制御される。具体的には、一方の計測用超音波送受波器２０が発信駆動回路４２に接続されると、その一方の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定された一方のノイズキャンセル用超音波送受波器３０も発信駆動回路４２に接続される。このとき、受波側となった他方の計測用超音波送受波器２０は受信検知回路４３に接続されるが、その計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定された他方のノイズキャンセル用超音波送受波器３０は、発信駆動回路４２及び受信検知回路４３の何れにも接続されない。

そして、送波側の計測用超音波送受波器２０が超音波を送波すると、その計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０から、計測用超音波送受波器２０が送波する超音波と逆位相の超音波が送波される（図３参照）。

ここで、計測用超音波送受波器２０が超音波を送波すると、その計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８に対して、例えば、図４（Ａ）に示す波形の超音波が伝播する。

これに対し、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０が超音波を送波すると、そのノイズキャンセル用超音波送受波器３０から送受波器固定板１８に対して、例えば、図４（Ｂ）に示す波形の超音波が伝播する。即ち、送受波器固定板１８には、計測用超音波送受波器２０とノイズキャンセル用超音波送受波器３０との両方から互いに逆位相の超音波が伝播する。

これにより、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８へと伝播した超音波を、その計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０から送受波器固定板１８へと伝播する超音波によってキャンセルする（打ち消す）ことができる。

なお、他方の計測用超音波送受波器２０から一方の計測用超音波送受波器２０に向けて超音波を送波する場合もこれと同様であって、他方の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０が、計測用超音波送受波器２０が送波する超音波と逆位相の超音波を送波する。

このように、本実施形態によれば、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の間で超音波を送受波した場合に、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０が、送波側の計測用超音波送受波器２０が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８へと伝播する超音波がキャンセルされる（打ち消される）。即ち、計測用超音波送受波器２０からの超音波の送波に伴って、送受波器固定板１８を介して計測ハウジング１１へと伝播する超音波（所謂、筐体ノイズ）を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。また、送受波器固定板１８，１８を平板状にして、端部区画領域１６，１６と流路１２Ａとを断絶状態にしたので、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０から送波され端部閉塞壁１５，１５に反射した超音波が流路１２Ａ内に進入することを防止することができる。

［第２実施形態］
この第２実施形態は、超音波を送受波する際のノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０と発信駆動回路４２及び受信検知回路４３との接続状態及び、受信検知回路４３における処理が、上記第１実施形態とは異なる。以下、第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明し、その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、送受切替部４１は、１対の計測用超音波送受波器２０の間で超音波を送受波するときに、受波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０を受信検知回路４３に接続する。このとき、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０は、発信駆動回路４２及び受信検知回路４３の何れにも接続されない。

計測用超音波送受波器２０から送波された超音波は、流路１２Ａを流れる流体を伝播して、受波側の計測用超音波送受波器２０にて受波される。また、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８に超音波が伝播し、これが計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８を介して、受波側の計測用超音波送受波器２０にて受波される。なお、図７（Ａ）には、受波側の計測用超音波送受波器２０が受波して出力する計測用受波信号の一例が示されている。

これに対し、受波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０では、流体中を伝播した超音波は受波されず、計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を伝播した超音波だけが受波される。なお、図７（Ｂ）には、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号の一例が示されている。

図６に示すように、受信検知回路４３では、計測用超音波送受波器２０による計測用受波信号とノイズキャンセル用超音波送受波器３０によるノイズキャンセル用受波信号とを取り込んでそれらを増幅し、減算器４３Ａにて、計測用受波信号からノイズキャンセル用受波信号を減算処理する。これにより、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器２０が計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする。なお、図７（Ｃ）には、受波ノイズ成分をキャンセルした後の計測用受波信号の一例が示されている。

そして、受波ノイズ成分をキャンセルした後の計測用受波信号が所定値に達したか否かを受信点検知部４３Ｂにて判定し、所定値に達したと判定されたときに、受信検知回路４３は時間計測部４４に対して検知信号を出力する。これにより、時間計測部４４のタイマが停止され、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の間で流体中を伝播した超音波の伝播時間が計測される。なお、受信検知回路４３は、本発明の「受波信号処理部」に相当する。

このように本実施形態によれば、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の間で超音波を送受波した場合に、受波側の計測用超音波送受波器２０は、流体中を伝播した超音波と、計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を伝播した超音波とを受波する。また、受波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０は、計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を伝播した超音波だけを受波する。そして、計測用超音波送受波器２０が受波して出力する計測用受波信号と、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器２０が送受波器固定板１８を介して受波した受波ノイズ成分をキャンセルするから、精度よく流量計測を行うことができる。なお、本実施形態のノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０は、本発明の請求項６及び請求項８における「受波ノイズキャンセル用超音波送受波器」に相当する。また、本実施形態における計測用超音波送受波器２０，２０と、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０と、それらが固定された送受波器固定板１８，１８とから、本発明の請求項８の発明に係る「超音波送受波器ユニット」が構成されている。

［第３実施形態］
この第３実施形態は、超音波を送受波する際のノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０と発信駆動回路４２及び受信検知回路４３との接続状態及び、受信検知回路４３における処理が、上記第１実施形態とは異なる。

具体的には、図８に示すように、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の間で超音波を送受波する場合に、受波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０は受信検知回路４３に接続されると共に、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０は発信駆動回路４２に接続される。

送波側の計測用超音波送受波器２０が超音波を送波すると、その計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８に対して、例えば、図４（Ａ）に示す波形の超音波が伝播する。

これに対し、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０が超音波を送波すると、そのノイズキャンセル用超音波送受波器３０から送受波器固定板１８に対して、例えば、図４（Ｂ）に示す波形の超音波が伝播する。即ち、送受波器固定板１８には、計測用超音波送受波器２０とノイズキャンセル用超音波送受波器３０との両方から互いに逆位相の超音波が伝播する。

これにより、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８に伝わった超音波を、その計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０から送受波器固定板１８に伝わった超音波によって打ち消すことができる。よって、計測用超音波送受波器２０からの超音波の送波に伴って計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を伝播する超音波（所謂、筐体ノイズ）を低減或いは無くすことができる。

また、万が一、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８に伝播する超音波（筐体ノイズ）を十分に低減できなかった場合は、以下のようである。

即ち、受波側の計測用超音波送受波器２０は、流路１２Ａを流れる流体中を伝播した超音波と、計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を伝播した超音波との両方を受波する。なお、図７（Ａ）には、送波側の計測用超音波送受波器２０が受波して出力する計測用受波信号の一例が示されている。これに対し、受波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０では、流体中を伝播した超音波は受波されず、計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を伝播した超音波だけが受波される。なお、図７（Ｂ）には、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号の一例が示されている。

図６に示すように、受信検知回路４３では、計測用超音波送受波器２０による計測用受波信号とノイズキャンセル用超音波送受波器３０によるノイズキャンセル用受波信号とを取り込んでそれらを増幅し、減算器４３Ａにて、計測用受波信号からノイズキャンセル用受波信号を減算処理する。これにより、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器２０が計測ハウジング１１及び送受波器固定板１８，１８を介して受波した超音波による受波ノイズ成分（ノイズキャンセル用受波信号）をキャンセルする。なお、図７（Ｃ）には、受波ノイズ成分をキャンセルした後の計測用受波信号の一例が示されている。

そして、受波ノイズ成分をキャンセルした後の計測用受波信号が所定値に達したか否かを受信点検知部４３Ｂにて判定し、所定値に達したと判定されたときに、受信検知回路４３は時間計測部４４に対して検知信号を出力する。これにより、時間計測部４４のタイマが停止され、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の間で流体中を伝播した超音波の伝播時間が計測される。なお、受信検知回路４３は、本発明の「受波信号処理部」に相当する。

その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

このように、本実施形態によれば、１対の計測用超音波送受波器２０，２０の間で超音波を送受波した場合に、送波側の計測用超音波送受波器２０と同じ送受波器固定板１８に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器３０が、送波側の計測用超音波送受波器２０が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８へと伝播する超音波がキャンセルされる（打ち消される）。即ち、計測用超音波送受波器２０からの超音波の送波に伴って、送受波器固定板１８を介して計測ハウジング１１へと伝播する超音波（所謂、筐体ノイズ）を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。

万が一、送波側の計測用超音波送受波器２０から送受波器固定板１８を介して計測ハウジング１１へと伝播する超音波を十分に低減できなかった場合でも、計測用超音波送受波器２０が受波して出力する計測用受波信号（図７（Ａ）参照）と、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号（図７（Ｂ）参照）とに基づいて、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器２０が送受波器固定板１８を介して受波した受波ノイズ成分（即ち、筐体ノイズ）をキャンセルすることができるから、精度よく流量計測を行うことができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）図９に示すように、両送受波器固定板１８に連通路１８Ｃを貫通形成して、端部区画領域１６，１６と流路１２Ａとを連通させておき、流路１２Ａを通過する流体の一部が、連通路１８Ｃから端部区画領域１６，１６に流入するようにしてもよい。このようにすれば、端部区画領域１６，１６内に流路１２Ａを流れる流体が流れ込んで、計測用超音波送受波器２０，２０と同一条件（例えば、濃度、圧力、温度）の下で、ノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０による超音波の送受波を行うことができる。なお、連通路１８Ｃは、送受波器固定板１８の外縁部の一部を切り欠いて形成してもよい。

（２）送受波器固定板１８と計測ハウジング１１は別部品であったが、これらを一体形成してもよい。

（３）図１０に示すように、計測ハウジング１１の計測管部１２を両端開放の筒形構造とし、その両開口部１２Ｂ，１２Ｂ（図１０には一方の開口部１２Ｂのみが示されている）に、計測管部１２とは別部品のキャップ部材５０，５０を嵌合或いは螺合することで、両開口部１２Ｂ，１２Ｂを閉塞しかつ、超音波送受波器ユニット６０，６０を計測ハウジング１１内に固定する構成としてもよい。より具体的には、キャップ部材５０は、開口部１２Ｂの内側に嵌合或いは螺合する筒壁５０Ａと筒壁５０Ａの一端を閉塞して側方に張り出した端部閉塞壁５０Ｂとから構成し、計測管部１２の開口部１２Ｂから超音波送受波器ユニット６０を挿入嵌合してから、その開口部１２Ｂの内側にキャップ部材５０の筒壁５０Ａを嵌合或いは螺合することで、送受波器固定板１８の外縁部を筒壁５０Ａの先端と計測管部１２の内面段差部１２Ｃとの間で挟持する構成としてもよい。なお、この場合、筒壁５０Ａの外周面と開口部１２Ｂの内周面との間或いは、端部閉塞壁５０Ｂと計測管部１２の端面との間をシール部材（図示せず）でシールすることが好ましい。

（４）また、計測管部１２を縦割りに（軸方向に平行な平面で）分割してなる１対の計測管構成体のうち、一方の計測管構成体に形成された嵌合溝１７に、超音波送受波器ユニット６０の送受波器固定板１８を嵌合しておき、その状態で、計測管構成体同士を合体することで、超音波送受波器ユニット６０，６０を計測ハウジング１１の内部に固定してもよい。

（５）上記第１〜第３実施形態では、計測用超音波送受波器２０，２０及びノイズキャンセル用超音波送受波器３０，３０を、流路１２Ａの軸線上に並べて配置した構成であったが、図１１に示すように、流路１２Ａの軸線に対して斜めに交差する方向に並べて配置してもよい。

（６）送受波器固定板１８，１８は、計測管部１２の内周面の全周に嵌合されていたが、図１２に示すように計測管部１２の内周面の一部だけに嵌合されていてもよい。

本発明の第１実施形態に係る超音波流量計の計測ハウジングの断面図 超音波流量計のブロック図 発信駆動回路のブロック図 （Ａ）計測用超音波送受波器から送受波器固定壁に漏れた超音波の波形、（Ｂ）ノイズキャンセル用超音波送受波器から送受波器固定壁に漏れた超音波の波形 第２実施形態に係る超音波流量計のブロック図 受信検知回路のブロック図 （Ａ）計測用受波信号のグラフ、（Ｂ）ノイズキャンセル用受波信号のグラフ、（Ｃ）受波ノイズ成分をキャンセルした計測用受波信号のグラフ 第３実施形態に係る超音波流量計のブロック図 他の実施形態（１）に係る計測ハウジングの部分断面図 他の実施形態（３）に係る計測ハウジングの断面図 他の実施形態（５）に係る計測ハウジングの断面図 他の実施形態（６）に係る計測管部の断面図

符号の説明

１０ 超音波流量計
１１ 計測ハウジング
１２ 計測管部
１２Ａ 流路
１５ 端部閉塞壁
１６ 端部区画領域
１８ 送受波器固定板（送受波器固定壁）
１８Ａ 対向面（表側面）
１８Ｂ 対向面と反対側の面（裏側面）
１９ 円筒部（流体流入部、流体流出部）
２０ 計測用超音波送受波器
３０ ノイズキャンセル用超音波送受波器（受波ノイズキャンセル用超音波送受波器）
４３ 受信検知回路（受波信号処理部）
５０Ｂ 端部閉塞壁
６０ 超音波送受波器ユニット

Claims (8)

1. 流体が流れる流路を有した計測ハウジングに、前記流路の上流側と下流側とに分けて１対の送受波器固定壁を設けると共にそれら１対の送受波器固定壁の互いの対向面に１対の計測用超音波送受波器を固定し、
   前記１対の計測用超音波送受波器の間で送受波される超音波を前記流路内の流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、
   前記１対の送受波器固定壁のうち互いの対向面と反対側の面にそれぞれ固定され、前記計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、前記計測用超音波送受波器から前記送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるための１対のノイズキャンセル用超音波送受波器を備えたことを特徴とする超音波流量計。
2. 前記ノイズキャンセル用超音波送受波器は、前記送受波器固定壁に伝播する超音波を受波可能に構成され、
   前記計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号と、その受波側の計測用超音波送受波器と同じ前記送受波器固定壁に固定された前記ノイズキャンセル用超音波送受波器が超音波を受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、前記計測用受波信号のうち前記計測用超音波送受波器が前記送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする受波信号処理部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。
3. 前記計測用超音波送受波器と前記ノイズキャンセル用超音波送受波器とは、同一構造かつ同一サイズの超音波送受波器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計。
4. 前記計測ハウジングには、直線状に延びた管構造をなしかつ両端寄り位置の側面に流体流入部及び流体流出部を有した計測管部と、前記計測管部の両端を閉塞する１対の端部閉塞壁とが備えられ、
   前記１対の送受波器固定壁を、前記計測管部のうち前記流体流入部と前記端部閉塞壁との間と、前記流体流出部と前記端部閉塞壁との間とに配置して、前記計測管部の内部に固定したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の超音波流量計。
5. 前記１対の送受波器固定壁を平板形状にして、前記計測管部の両端に前記送受波器固定壁と前記端部閉塞壁とに挟まれた１対の端部区画領域を設け、
   前記１対の送受波器固定壁を貫通して、前記計測管部のうち前記１対の送受波器固定壁の間の領域と、前記１対の端部区画領域とを連通した連通路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の超音波流量計。
6. 流体が流れる流路を有した計測ハウジングに、前記流路の上流側と下流側とに分けて１対の送受波器固定壁を設けると共にそれら１対の送受波器固定壁の互いの対向面に１対の計測用超音波送受波器を固定し、
   前記１対の計測用超音波送受波器の間で送受波される超音波を前記流路内の流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、
   前記１対の送受波器固定壁のうち互いの対向面と反対側の面にそれぞれ固定され、前記計測用超音波送受波器が相手側の前記計測用超音波送受波器から超音波を受波したときに、前記送受波器固定壁に伝播する超音波を受波するための１対の受波ノイズキャンセル用超音波送受波器と、
   前記計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号と、その受波側の計測用超音波送受波器と同じ前記送受波器固定壁に固定された前記受波ノイズキャンセル用超音波送受波器が超音波を受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、前記計測用受波信号のうち前記計測用超音波送受波器が前記送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする受波信号処理部とを備えたことを特徴とする超音波流量計。
7. 超音波流量計のうち流体が流れる流路を有した計測ハウジングに対をなして取り付けられ、超音波を送受波して流体の流量の計測に用いられる超音波送受波器ユニットであって、
   前記計測ハウジングに外縁部が固定される送受波器固定壁と、
   前記送受波器固定壁の表側面に固定されて前記流路を流れる流体に向けて超音波を送波可能な計測用超音波送受波器と、
   前記送受波器固定壁の裏側面に固定されて、前記計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、前記計測用超音波送受波器から前記送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるためのノイズキャンセル用超音波送受波器とを備えたことを特徴とする超音波送受波器ユニット。
8. 超音波流量計のうち流体が流れる流路を有した計測ハウジングに対をなして取り付けられ、超音波を送受波して流体の流量の計測に用いられる超音波送受波器ユニットであって、
   前記計測ハウジングに外縁部が固定される送受波器固定壁と、
   前記送受波器固定壁の表側面に固定されて前記流路内の流体を伝播する超音波を受波可能な計測用超音波送受波器と、
   前記送受波器固定壁の裏側面に固定されて、前記計測用超音波送受波器が超音波を受波したときに、前記送受波器固定壁に伝播する超音波を受波し、前記計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号のうち、前記送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分を検出するための受波ノイズキャンセル用超音波送受波器とを備えたことを特徴とする超音波送受波器ユニット。

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