JPH0311412B2 - - Google Patents
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- JPH0311412B2 JPH0311412B2 JP57117922A JP11792282A JPH0311412B2 JP H0311412 B2 JPH0311412 B2 JP H0311412B2 JP 57117922 A JP57117922 A JP 57117922A JP 11792282 A JP11792282 A JP 11792282A JP H0311412 B2 JPH0311412 B2 JP H0311412B2
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- Japan
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- ultrasonic
- ultrasonic transducer
- transducer
- vibrator
- fluid
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
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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
- G01F1/662—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、超音波を利用した流速流量計に係
り、特に気体の流速や流量を測定するのに適した
超音波流速流量計に関する。
り、特に気体の流速や流量を測定するのに適した
超音波流速流量計に関する。
流体を超音波の伝搬媒質として、その伝搬時間
より流体の流速や流量を測定する超音波流速流量
計は、従来より広く利用されている。このような
超音波流速流量計のトランスデユーサ部は通常、
第１図に示すような構成となつている。即ち、測
定管１に一体に設けられたエレメントハウジング
２内に超音波トランスデユーサ３，４が配置さ
れ、一方の超音波トランスデユーサ３より測定管
１内を矢印５のように通流する流体の中へ超音波
信号が矢印６の如く放射され、対向する他方の超
音波トランスデユーサ４で受信される。
より流体の流速や流量を測定する超音波流速流量
計は、従来より広く利用されている。このような
超音波流速流量計のトランスデユーサ部は通常、
第１図に示すような構成となつている。即ち、測
定管１に一体に設けられたエレメントハウジング
２内に超音波トランスデユーサ３，４が配置さ
れ、一方の超音波トランスデユーサ３より測定管
１内を矢印５のように通流する流体の中へ超音波
信号が矢印６の如く放射され、対向する他方の超
音波トランスデユーサ４で受信される。
超音波トランスデユーサ３，４は第２図に示す
ように、電歪圧電効果を有する水晶、ニオブ酸リ
チユーム、ジルコン酸鉛などの結晶やセラミツク
スからなる圧電素子の両面に電極を被着した超音
波振動子１１を主体として構成される。超音波振
動子１１はバツキング材１２に埋め込まれてお
り、背面に放射される超音波はこのバツキング材
１２に吸収されるようにする。また、超音波振動
子１１上には流体中に効率よく超音波を放射させ
るべく音響マツチングをとることと、その表面を
流体内に含まれる腐蝕性の物質から保護すること
を目的としたコーテイング材１３が被着されてい
る。そして、トランスデユーサ全体はケース１４
に収納され、ねじ１５によつてエレメントハウジ
ング２内に固定される。
ように、電歪圧電効果を有する水晶、ニオブ酸リ
チユーム、ジルコン酸鉛などの結晶やセラミツク
スからなる圧電素子の両面に電極を被着した超音
波振動子１１を主体として構成される。超音波振
動子１１はバツキング材１２に埋め込まれてお
り、背面に放射される超音波はこのバツキング材
１２に吸収されるようにする。また、超音波振動
子１１上には流体中に効率よく超音波を放射させ
るべく音響マツチングをとることと、その表面を
流体内に含まれる腐蝕性の物質から保護すること
を目的としたコーテイング材１３が被着されてい
る。そして、トランスデユーサ全体はケース１４
に収納され、ねじ１５によつてエレメントハウジ
ング２内に固定される。
ところで、超音波振動子１１は厚み方向の振動
が利用されるが、実際にはこの厚み振動と同時に
これと直交する方向（横方向）にも振動をする。
この横振動の程度は、振動子に使用される材質に
よつて異なるが、厚み振動に対し10％〜１％程度
である。第２図で振動子１１がバツキング材１２
に埋め込んであるのは、背面方向への超音波を吸
収すると同時にこの横振動を吸収し、ケース１４
を通じてエレメントハウジング２、さらには測定
管１に超音波信号が漏洩するのを減らすためであ
る。このような対策は良好な測定を行なう上で重
要である。超音波信号が漏洩すると、エレメント
ハウジング２や測定管１の内部でその漏洩成分が
伝搬、反射をくり返し、一方の超音波トランスデ
ユーサ３より送信され流体内を伝搬した超音波信
号と共に他方の超音波トランスデユーサ４にエレ
メントハウジング２を通じて受信されてしまい、
流速、流量測定に際し雑音となるからである。
が利用されるが、実際にはこの厚み振動と同時に
これと直交する方向（横方向）にも振動をする。
この横振動の程度は、振動子に使用される材質に
よつて異なるが、厚み振動に対し10％〜１％程度
である。第２図で振動子１１がバツキング材１２
に埋め込んであるのは、背面方向への超音波を吸
収すると同時にこの横振動を吸収し、ケース１４
を通じてエレメントハウジング２、さらには測定
管１に超音波信号が漏洩するのを減らすためであ
る。このような対策は良好な測定を行なう上で重
要である。超音波信号が漏洩すると、エレメント
ハウジング２や測定管１の内部でその漏洩成分が
伝搬、反射をくり返し、一方の超音波トランスデ
ユーサ３より送信され流体内を伝搬した超音波信
号と共に他方の超音波トランスデユーサ４にエレ
メントハウジング２を通じて受信されてしまい、
流速、流量測定に際し雑音となるからである。
従来、このような超音波流速流量計による測定
で対象となる流体は主に液体であり、被測定流体
の音響インピーダンスは３〜1.5×106Kg／Ｓ・m2
でセラミツクスのそれ（約３×107Kg／Ｓ・m2）
の約1/10程度である。また被測定流体内での超音
波減衰量も0.5dB／cm程度であり、振動子より放
射される超音波信号のレベルは大きいので、ケー
ス１４を通じてのエレメントハウジング２への超
音波信号の漏洩は−40dB程度に抑えれば十分で
あつた。
で対象となる流体は主に液体であり、被測定流体
の音響インピーダンスは３〜1.5×106Kg／Ｓ・m2
でセラミツクスのそれ（約３×107Kg／Ｓ・m2）
の約1/10程度である。また被測定流体内での超音
波減衰量も0.5dB／cm程度であり、振動子より放
射される超音波信号のレベルは大きいので、ケー
ス１４を通じてのエレメントハウジング２への超
音波信号の漏洩は−40dB程度に抑えれば十分で
あつた。
しかし、被測定流体が呼吸ガスのような気体の
場合、気体の音響インピーダンスは約２×102
Kg／Ｓ・m2であり、超音波振動子と気体との音響
的なマツチングが悪くなるとともに、気体中での
超音波減衰量も10dB／cm程度と大きいため、液
体中に放射するのに比べて気体中での超音波放射
のレベルは著しく減少し、液体中のそれの約−
40dB以下となる。従つて、第２図のように超音
波振動子１１をバツキング材１２に埋め込む場
合、バツキング材１２の振動子１１の側面を囲む
部分を大きくしないと、漏洩した超音波信号のレ
ベルが相対的に大きくなつて、受信超音波信号の
Ｓ／Ｎが著しく減少し、測定が困難となる。この
ため超音波トランスデユーサ３，４ひいてはエレ
メントハウジング２の口径の大型化を招く。しか
しながら特に小口径の測定管においては、エレメ
ントハウジング２の口径が大きくなると、その開
口部分７も大きくなるので、測定管１内の流体の
流れに乱れを生じさせ、測定誤差を生じる原因と
なる。このように従来の超音波流速流量計では、
被測定流体が気体の場合、精度のよい測定は困難
であつた。
場合、気体の音響インピーダンスは約２×102
Kg／Ｓ・m2であり、超音波振動子と気体との音響
的なマツチングが悪くなるとともに、気体中での
超音波減衰量も10dB／cm程度と大きいため、液
体中に放射するのに比べて気体中での超音波放射
のレベルは著しく減少し、液体中のそれの約−
40dB以下となる。従つて、第２図のように超音
波振動子１１をバツキング材１２に埋め込む場
合、バツキング材１２の振動子１１の側面を囲む
部分を大きくしないと、漏洩した超音波信号のレ
ベルが相対的に大きくなつて、受信超音波信号の
Ｓ／Ｎが著しく減少し、測定が困難となる。この
ため超音波トランスデユーサ３，４ひいてはエレ
メントハウジング２の口径の大型化を招く。しか
しながら特に小口径の測定管においては、エレメ
ントハウジング２の口径が大きくなると、その開
口部分７も大きくなるので、測定管１内の流体の
流れに乱れを生じさせ、測定誤差を生じる原因と
なる。このように従来の超音波流速流量計では、
被測定流体が気体の場合、精度のよい測定は困難
であつた。
この発明の目的は、超音波トランスデユーサの
大型化を伴うことなく、被測定流体以外への超音
波信号の漏洩を少なくして、被測定流体が気体の
場合でも高精度な測定を行なうことができる超音
波流速流量計を提供することである。
大型化を伴うことなく、被測定流体以外への超音
波信号の漏洩を少なくして、被測定流体が気体の
場合でも高精度な測定を行なうことができる超音
波流速流量計を提供することである。
この発明は、超音波振動子の側面と測定管の超
音波トランスデユーサ装着面との間に空隙を設け
ることにより、超音波振動子の厚み振動と同時に
発生する横振動が漏洩しないようにし、超音波振
動子からは流速や流量の測定に必要な超音波信号
のみが放射されるようにしたものである。すなわ
ち、固体に比べて気体の音響インピーダンスは約
10-4〜10-5であるので、振動子の側面の周囲を気
体にすれば、固体であるバツキング材が側面の周
囲にある場合に比べて横振動は10-4〜10-5程度も
減少され、振動子の横振動はエレメントハウジン
グや測定管へ漏洩しなくなる。
音波トランスデユーサ装着面との間に空隙を設け
ることにより、超音波振動子の厚み振動と同時に
発生する横振動が漏洩しないようにし、超音波振
動子からは流速や流量の測定に必要な超音波信号
のみが放射されるようにしたものである。すなわ
ち、固体に比べて気体の音響インピーダンスは約
10-4〜10-5であるので、振動子の側面の周囲を気
体にすれば、固体であるバツキング材が側面の周
囲にある場合に比べて横振動は10-4〜10-5程度も
減少され、振動子の横振動はエレメントハウジン
グや測定管へ漏洩しなくなる。
この発明によれば、エレメントハウジングや測
定管への測定に寄与しない超音波信号の漏洩が効
果的に抑えられるので、超音波振動子から直接流
体中に放射される測定に必要な超音波信号のみを
流体中に伝搬できＳ／Ｎの向上を図ることができ
る。これは被測定流体が気体の場合、特に有効で
ある。また、この発明によればわずかな空隙を設
けるのみで超音波振動子の横振動の漏洩が防止さ
れるので、超音波トランスデユーサの寸法、エレ
メントハウジングの口径が大きくならない。従つ
て流体の流れが乱れることがなく、測定精度が向
上する。
定管への測定に寄与しない超音波信号の漏洩が効
果的に抑えられるので、超音波振動子から直接流
体中に放射される測定に必要な超音波信号のみを
流体中に伝搬できＳ／Ｎの向上を図ることができ
る。これは被測定流体が気体の場合、特に有効で
ある。また、この発明によればわずかな空隙を設
けるのみで超音波振動子の横振動の漏洩が防止さ
れるので、超音波トランスデユーサの寸法、エレ
メントハウジングの口径が大きくならない。従つ
て流体の流れが乱れることがなく、測定精度が向
上する。
第３図にこの発明の一実施例に係る超音波トラ
ンスデユーサ部の構成を示す。この例では超音波
振動子１１はバツキング１２に埋め込まれず、単
にその背面がバツキング材１２の先端面上に接着
されている。この振動子１１のバツキング材１２
と接する面以外の面にはコーテイング材１３が接
着または成形される。このコーテイング材１３は
通常、音響マツチングのため1/4波長の厚さにさ
れる。このコーテイング材１３の外径はバツキン
グ材１２の外径に等しいか、または少し小さくな
るようにしてある。そしてケース１４の内径はバ
ツキング材１２外径より少し大きく（１mm程度）
してあり、このケース１４の底面の中央にバツキ
ング材１２の基部側（振動子１１と反対側）の端
面が接着固定されている。
ンスデユーサ部の構成を示す。この例では超音波
振動子１１はバツキング１２に埋め込まれず、単
にその背面がバツキング材１２の先端面上に接着
されている。この振動子１１のバツキング材１２
と接する面以外の面にはコーテイング材１３が接
着または成形される。このコーテイング材１３は
通常、音響マツチングのため1/4波長の厚さにさ
れる。このコーテイング材１３の外径はバツキン
グ材１２の外径に等しいか、または少し小さくな
るようにしてある。そしてケース１４の内径はバ
ツキング材１２外径より少し大きく（１mm程度）
してあり、このケース１４の底面の中央にバツキ
ング材１２の基部側（振動子１１と反対側）の端
面が接着固定されている。
従つて、コーテイング材１３の側面とケース１
４との間、換言すれば振動子１１の側面と測定管
１の超音波トランスデユーサ装着面であるエレメ
ントハウジング２の内面との間には、空隙１７が
形成され、振動子１１が厚み振動をするときに同
時に横振動が発生しても、この横振動は空隙１７
で阻止されて10-4〜10-5程度しか伝搬しないこと
になり、エレメントハウジング２や測定管１に漏
洩する超音波はほとんどなくなる。なお、送信用
の超音波トランスデユーサ３のみならず、超音波
トランスデユーサ４についても同様の構造とすれ
ば、エレメントハウジング２から振動子１１へ伝
搬していく超音波振動も減少する。従つて、結
局、受信用超音波トランスデユーサ４の振動子で
受信される超音波信号では、送信用超音波トラン
スデユーサ３の振動子の表面から厚み振動により
放射され、被測定流体を媒質として伝搬してきた
超音波信号のみからなるＳ／Ｎのよい信号を受信
することができる。
４との間、換言すれば振動子１１の側面と測定管
１の超音波トランスデユーサ装着面であるエレメ
ントハウジング２の内面との間には、空隙１７が
形成され、振動子１１が厚み振動をするときに同
時に横振動が発生しても、この横振動は空隙１７
で阻止されて10-4〜10-5程度しか伝搬しないこと
になり、エレメントハウジング２や測定管１に漏
洩する超音波はほとんどなくなる。なお、送信用
の超音波トランスデユーサ３のみならず、超音波
トランスデユーサ４についても同様の構造とすれ
ば、エレメントハウジング２から振動子１１へ伝
搬していく超音波振動も減少する。従つて、結
局、受信用超音波トランスデユーサ４の振動子で
受信される超音波信号では、送信用超音波トラン
スデユーサ３の振動子の表面から厚み振動により
放射され、被測定流体を媒質として伝搬してきた
超音波信号のみからなるＳ／Ｎのよい信号を受信
することができる。
第４図はこの発明の他の実施例を示すものであ
る。この実施例では第３図に示した実施例のよう
にケース１４の底面まで空隙１７を形成せず、バ
ツキング材１２の基部１２ａをケース１４の内径
に等しい外径をもつ鍔状に形成し、この鍔状基部
１２ａを除くバツキング材１２の周面とケース１
４との間に空隙１７を形成している。この場合、
ケース１４の底面附近ではバツキング材１２中に
放射された超音波振動も充分減衰しているので、
バツキング材１２の側面（鍔状基部１２ａの周
面）がケース１４と接着されても振動子１１の振
動がケース１４を通してエレメントハウジング２
に伝わることはない。この実施例によれば、バツ
キング材１２の鍔状基部１２ａをケース１４に保
持することにより、振動子１１はケース１４の中
央に位置するように正しく位置決めされるため、
振動子１１の周囲に空隙１７が均等の厚さに形成
され、空隙１７による振動子１１の横振動阻止効
果をさらに上げることができる。
る。この実施例では第３図に示した実施例のよう
にケース１４の底面まで空隙１７を形成せず、バ
ツキング材１２の基部１２ａをケース１４の内径
に等しい外径をもつ鍔状に形成し、この鍔状基部
１２ａを除くバツキング材１２の周面とケース１
４との間に空隙１７を形成している。この場合、
ケース１４の底面附近ではバツキング材１２中に
放射された超音波振動も充分減衰しているので、
バツキング材１２の側面（鍔状基部１２ａの周
面）がケース１４と接着されても振動子１１の振
動がケース１４を通してエレメントハウジング２
に伝わることはない。この実施例によれば、バツ
キング材１２の鍔状基部１２ａをケース１４に保
持することにより、振動子１１はケース１４の中
央に位置するように正しく位置決めされるため、
振動子１１の周囲に空隙１７が均等の厚さに形成
され、空隙１７による振動子１１の横振動阻止効
果をさらに上げることができる。
第１図は超音波流速流量計の概要を示す断面
図、第２図は従来の超音波流速流量計における超
音波トランスデユーサ部の構成を示す断面図、第
３図および第４図はこの発明の実施例を示す超音
波トランスデユーサ部の断面図である。 １……測定管、２……エレメントハウジング
（超音波トランスデユーサ装着部）、３，４……超
音波トランスデユーサ、１１……超音波振動子、
１２……バツキング材、１３……コーテイング
材、１４……ケース、１７……空隙。
図、第２図は従来の超音波流速流量計における超
音波トランスデユーサ部の構成を示す断面図、第
３図および第４図はこの発明の実施例を示す超音
波トランスデユーサ部の断面図である。 １……測定管、２……エレメントハウジング
（超音波トランスデユーサ装着部）、３，４……超
音波トランスデユーサ、１１……超音波振動子、
１２……バツキング材、１３……コーテイング
材、１４……ケース、１７……空隙。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 測定管に超音波振動子とこの振動子の背面を
支持するバツキング材とを含む一対の超音波トラ
ンスデユーサを相対向させて装着し、これらのト
ランスデユーサ間で超音波信号を送受して測定管
内を通流する流体の流速または流量を測定する装
置において、前記超音波振動子の側面と測定管の
超音波トランスデユーサ装着面との間に空隙を設
けたことを特徴とする超音波流速流量計。 ２ 超音波振動子は厚み方向と直交する方向の寸
法がバツキング材の超音波振動子支持面の寸法以
下に形成され、バツキング材は基部側のみ測定管
の超音波トランスデユーサ装着面に保持されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波流速流量計。 ３ バツキング材は基部側端面のみ測定管の超音
波トランスデユーサ装着面に保持されていること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波
流速流量計。 ４ バツキング材は基部側が鍔状に形成され、こ
の鍔状基部の端面および周面が測定管の超音波ト
ランスデユーサ装着面に保持されていることを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波流速
流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57117922A JPS599518A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 超音波流速流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57117922A JPS599518A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 超音波流速流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS599518A JPS599518A (ja) | 1984-01-18 |
| JPH0311412B2 true JPH0311412B2 (ja) | 1991-02-15 |
Family
ID=14723500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57117922A Granted JPS599518A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 超音波流速流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599518A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004036152A1 (ja) * | 2002-10-16 | 2004-04-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 超音波流量計と送受波器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4707088B2 (ja) * | 2004-04-27 | 2011-06-22 | 愛知時計電機株式会社 | 超音波流量計 |
-
1982
- 1982-07-07 JP JP57117922A patent/JPS599518A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004036152A1 (ja) * | 2002-10-16 | 2004-04-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 超音波流量計と送受波器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS599518A (ja) | 1984-01-18 |
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