JP2012103087A - 超音波流量計測ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】流量計を接続する配管や設置場所の影響を受けにくい汎用性の高い超音波流量計測ユニットを実現する。
【解決手段】本発明の超音波流量計測ユニットは、被測定流体が流れる計測流路１と、計測流路１に超音波の伝搬経路がＶ形状になる向きで取り付けられた一対の超音波振動子２、３と、超音波振動子２、３を駆動して被測定流体の流量を計測する計測回路４と、計測流路１への気体の流れ方を安定させる入口整流部６と、気体の出口側に設けた出口側接続部７と、計測した流量値を出力するための信号取り出し部８を備えることによって、容易にいろいろな配管やメータの筺体に組み込め、安定した計測精度が確保できる超音波流量計測ユニットが実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計測ユニットに関するものである。

従来の超音波流量計は、配管に吊り下げて設置するよう気体の流入口と流出口が流量計の天面に設けてあるか、ストレート配管に入口と出口を接続する構成のものが一般的である。特にガスメータ等に利用される流量計では、流入口と流出口はガスメータ内部に設けられたＵ字型の筒状に形成されたガス流路部材でつながり、ガス流路部材内にガスの流速を計測する計測管が備え付けてある（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の超音波式ガスメータの断面図を示すものである。図７に示すように、矩形の箱状に形成されたガスメータ１１６の天面部に設けたガスの流入口１１５と流出口１１７をＵ字型の筒状に形成されたガス流路部材１１９でつなぐ構成である。Ｕ字型の流路の底面部１２０には超音波の伝播時間よりガスの流量を測定する計測流路１０１が設置してある。計測流路１０１は上流側と下流側に超音波振動子１０２，１０３が対向するように備えてある。

特開２００９−１８６４３０号公報

しかしながら、従来のように流量計を接続する配管や設置場所、用途に合わせて、計測流路の形状や計測回路及び超音波振動子の接続構成を変えていたのでは、計測精度を確保するための開発に時間と費用がかかり、効率が悪いという課題があった。

前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計測ユニットは、被測定流体が流れる計測流路と、前記計測流路に超音波の伝搬経路がＶ形状になる向きで取り付けられた一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間測定して被測定流体の流量を計測する計測回路と、前記計測流路の入口側に設けた被測定流体の流れ方を安定させる入口整流部と、前記計測流路の出口側に設けた出口側接続部と、前記計測回路で計測した流量値を出力するための信号取り出し部と、を備えたものである。

これによって、容易にいろいろな配管やメータの筺体に組み込め、安定した計測精度が確保できる超音波流量計が実現できる。

本発明の超音波流量計測ユニットは、設置性に汎用性があり、計測精度が設置環境に影響されにくいため、この超音波流量計測ユニットを組み込むことによって、開発投資や金型投資を抑えた上に、短い開発期間で多種多様な設置環境に合わせた超音波流量計が開発できる。

本発明の実施の形態１における超音波流量計測ユニットの構成図 同超音波流量計測ユニットの設置の第１の事例を示す構成図 同超音波流量計測ユニットの設置の第２の事例を示す構成図 同超音波流量計測ユニットの設置の第３の事例を示す構成図 （ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態２における計測流路の構成図 本発明の実施の形態３における超音波流量計測ユニットの外観斜視図 従来の超音波流量計の構成図

第１の発明は、被測定流体が流れる計測流路と、前記計測流路に超音波の伝搬経路がＶ形状になる向きで取り付けられた一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間測定して被測定流体の流量を計測する計測回路と、前記計測流路の入口側に設けた被測定流体の流れ方を安定させる入口整流部と、前記計測流路の出口側に設けた出口側接続部と、前記計測回路で計測した流量値を出力するための信号取り出し部と、を備えたことによって、この超音波流量計測ユニットを組み込むことによって、容易に設置環境に合わせた超音波流量計が開発できる。

第２の発明は、特に第１の発明の超音波流量計測ユニットにおいて、前記計測流路の流路断面を長方形とし、前記一対の超音波振動子を前記計測流路断面の短辺側に配置すると共に、前記伝搬経路における超音波の反射波の影響を少なくするための反射板を前記計測流路内の流れ方向に平行、且つ、前記計測流路断面の長辺と平行になるように複数取り付けたことによって、超音波流量計測ユニットが設置される周囲の影響が計測精度に影響しない構成を実現している。

第３の発明は、特に第２の発明の超音波流量計測ユニットにおいて、前記入口整流部の開口部を前記計測流路断面の短辺の幅寸法の１／２以上の半径を持つ曲線で広がりを持った構成としたことによって、超音波流量計測ユニットの周囲の影響を受けずに安定した計測性能が実現できる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明のいずれか１つの超音波流量計測ユニットにおいて、前記計測流路と記計測回路を収納する回路ケースとを樹脂で構成したことによって、多様な場所への設置が容易である。

以下、本発明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発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットの構成図を示すものである。

図１のように、本発明の特長は、計測流路１に一対の超音波振動子２，３と計測回路４を一つのユニット（計測部１５）として組み付け、出口側１ｂだけに出口側接続部７を設けることによって、設置が容易な超音波流量計を構成したことである。計測流路１の入口側１ａには被測定流体がスムーズに流れ込むように入口整流部６を設けている。また、超音波の伝搬経路５をＶ型経路にすることによって、計測流路１の同一面側（図に示す計測流路の上面側）に超音波振動子２，３を設置し、より小型な超音波流量計を実現するための超音波流量計測ユニット１０を構成している。

図２は、本発明の超音波流量計測ユニット１０の設置の形態を示す断面図で、略直方体形状のメータ本体２１に内装され、入口整流部６を設けた入口が、メータ本体２１のバッファー部２３に開口され、メータ出口２２に連通する導出管２４が出口側接続部７と気密
に接合されている構成で、メータ入口２５とメータ出口２２は同一面に配置されている。

この構成において、被測定流体は、矢印（被測定流体の流れ方向９）で示すように、メータ入口２５からメータ内のバッファー部２３に流入した後、超音波流量計測ユニット１０に設けた入口整流部６から計測流路１に導入され、超音波振動子２，３と計測回路４により流量計測が行われると共に、導出管２４を経由し、メータ出口２２から排出される。

また、図３は、他の設置の形態を示す断面図で、メータ入口３２とメータ出口３３が直線状に配置されたメータ本体３１に、超音波流量計測ユニット１０が、メータ出口３３と連通する導出管３４に気密に接続されている。この構成によると、直管状の配管の途中にメータを設置できる。

更に、図４は、片側が開放された配管５１への流れ込む流体の流量を計測するために設置する構成を示している。

以上のように、本発明によると、一つの超音波流量計測ユニットで多種多様な構成に対応できる。

（実施の形態２）
図５は、第２の実施の形態を示すもので、計測流路１、入口整流部６、出口側接続部７を示す図で、（ａ）は、上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は、（ｂ）のＢ矢視図、（ｄ）は（ａ）のＡ部断面図である。図５に示すように、計測流路１の流路断面は、図５（ｃ）に示すように、短辺の寸法Ｌ，長辺の寸法Ｍの長方形であり、この断面の長辺に対して平行（図５（ｃ）では、縦方向）で、且つ、流れ方向に平行になるように反射板１１を複数設けており、この反射板１１によって、超音波振動子２，３間を直進する超音波と計測流路の壁面に反射して進む超音波との伝搬時間のずれの影響を少なくすることができ、超音波振動子２，３間の距離が短くても必要な計測精度が確保できる構成になっている。さらに、反射板１１の作用としては、計測流路１の全体長が短くても計測流路１内の流れを安定させる効果も望める構成である。

また、超音波流量計測ユニット１０の入口整流部６の内周面６ａは、図５（ｄ）に示すように、曲面で構成しており、計測流路１の短辺の寸法Ｌ、曲面の半径をＲとすると、Ｒ≧Ｌ／２としている。このような構成にすることによって、大きな流量が流れても計測流路内の流れの乱れが発生しにくい構成となる。

（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態における超音波流量計測ユニットの外観図であり、計測流路１、入口整流部６、出口側接続部７、計測回路を内装する回路ケース１４をすべて樹脂で構成している。本発明では全体を小型化することによって、樹脂でも容易に精度よく形状を構成できるため、全体の樹脂化が可能であり、より軽量化した超音波流量計測ユニットが実現できる。

以上のように、本発明にかかる超音波流量計測ユニットは、従来の超音波流量計に比べて小型で汎用性があるため、流量測定基準器及びガスメータや水道メータ等の用途にも適用できる。

１ 計測流路
２ 超音波振動子
３ 超音波振動子
４ 計測回路
５ 伝搬経路
６ 入口整流部
７ 出口側接続部
８ 信号取り出し部
９ 被測定流体の流れ方向
１０ 超音波流量計測ユニット
１１ 反射板
１４ 回路ケース

Claims (4)

1. 被測定流体が流れる計測流路と、
   前記計測流路に超音波の伝搬経路がＶ形状になる向きで取り付けられた一対の超音波振動子と、
   前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間測定して被測定流体の流量を計測する計測回路と、
   前記計測流路の入口側に設けた被測定流体の流れ方を安定させる入口整流部と、
   前記計測流路の出口側に設けた出口側接続部と、
   前記計測回路で計測した流量値を出力するための信号取り出し部と、
   を備えた超音波流量計測ユニット。
2. 前記計測流路の流路断面を長方形とし、前記一対の超音波振動子を前記計測流路断面の短辺側に配置すると共に、前記伝搬経路における超音波の反射波の影響を少なくするための反射板を前記計測流路内の流れ方向に平行、且つ、前記計測流路断面の長辺と平行になるように複数取り付けた請求項１の超音波流量計測ユニット。
3. 前記入口整流部の開口部を前記計測流路断面の短辺の幅寸法の１／２以上の半径を持つ曲線で広がりを持った構成とした請求項２記載の超音波流量計測ユニット。
4. 前記計測流路と前記計測回路を収納する回路ケースとを樹脂で構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニット。