JPH0943017A - 超音波式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮断機能付き超音波流量計をコンパクトな構
成にする。 【構成】 一対の超音波振動子７、８を備えた流量測定
部６と、流量制御弁１１を直管状に配置した構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流れの遮断機能を有す
る超音波流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の計測装置として、図１１
に示すように、ガスの入口流路１と、出口流路２との間
に斜め方向に超音波流量計測部３を設け、入口流路１と
超音波流量計測部３との間に圧力調整器４、遮断弁５を
配置したものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、遮断弁５の構造、およびそれに伴う全体の配置構成
の関係上、コンパクトな構成を取ることができないもの
であった。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、流量
制御弁、流量計測部を直管状に配置することにより全体
をコンパクトな構成にすることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、流量測定部と、前記流量測定部に配置され
た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
部の上流側に直管状に配置された流量制御弁と、前記流
量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部と、前記流量
制御弁と前記流量測定部との間に配置された整流部から
なる様構成したものである。

【０００６】また、流量測定部と、前記流量測定部に配
置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子
からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流
量測定部の上流側に直管状に配置され、固定開口と、回
動開口と、前記回動開口と前記固定開口の密着性を高め
る押圧部材より構成された流量制御弁と、前記流量制御
弁の駆動モータと、前記駆動モータの制御部と、前記流
量制御弁と前記流量測定部との間に配置された整流部か
らなる様構成したものである。

【０００７】また、流量測定部と、前記流量測定部に配
置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子
からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流
量測定部の上流側に直管状に配置され、固定開口と回動
開口と、前記回動開口を前記固定開口側に押圧する押圧
部材と、前記押圧部材と前記回動開口との間に滑り部材
を配置した流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動モータ
と、前記駆動モータの制御部と、前記流量制御弁と前記
流量測定部との間に配置された整流部からなる様構成し
たものである。

【０００８】また、流量測定部と、前記流量測定部に配
置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子
からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流
量測定部の上流側に直管状に配置され、固定開口と周囲
がギア状に形成された回動開口と、前記回動開口を前記
固定開口側に押圧する押圧部材からなる流量制御弁と、
前記流量制御弁の駆動モータと、前記駆動モータの軸に
取付けられたギアと、前記駆動モータの制御部と、前記
流量制御弁と前記流量測定部との間に配置された整流部
からなる様構成したものである。

【０００９】また、流量測定部と、前記流量測定部に配
置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子
からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流
量測定部の上流側に直管状に配置され、固定開口と周囲
が圧電部材により形成された回動開口と、前記回動開口
を前記固定開口側に押圧する押圧部材より構成された流
量制御弁と、圧電振動子により構成された、前記流量制
御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部と、前記流量制御
弁と前記流量測定部との間に配置された整流部からなる
様構成したものである。

【００１０】また、流量測定部と、前記流量測定部に配
置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子
からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流
量測定部の上流側に直管状に配置され、固定開口と周囲
が圧電部材により形成された回動開口と、前記回動開口
を前記固定開口側に押圧する押圧部材より構成された流
量制御弁と、圧電振動子により構成された、前記流量制
御弁の駆動部と、前記流量演算部の送信部の信号を用い
て構成された前記駆動部の制御部と、前記流量制御弁と
前記流量測定部との間に配置された整流部からなる様構
成したものである。

【００１１】また、流量測定部と、前記流量測定部に配
置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子
からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流
量測定部の下流側に直管状に配置された流量制御弁と、
前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部からな
る様構成したものである。

【００１２】また、流量測定部と、前記流量測定部の流
路外部に配置された第一および第二の超音波振動子と、
前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部
と、前記流量測定部の下流側に直管状に配置された流量
制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制
御部からなる様構成したものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記した構成により、コンパクトな構
成で流量計測、ならびに流れ遮断制御を行うことができ
るものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図５を
参照しながら説明する。

【００１５】図１において、６は流量測定部であり、７
は流量測定部６の一方の側に配置された第一の超音波振
動子であり、８は流量測定部６の他方の側に配置された
第二の超音波振動子である。９は固定開口板、１０は回
動開口板であり、固定開口板９と回動開口板１０より流
量制御弁１１が構成されている。１２は回動開口板１０
を固定開口板９に押圧するバネ（押圧部材）である。１
３はモータ（駆動部）であり、１４はその軸である。軸
１４は回動開口板１０に固定されており、その一端は固
定開口板９に設けられた軸受部１５にて回転可能に支持
されている。モータ１３は保持具１６に取付けられてお
り、保持具１６は支持部１７により管路１８に固定され
ている。１９はモータ１３のリード線であり、支持部１
７の内部を通り、管路１８の外部に取出されている。２
０は固定開口板９、回動開口板１０、バネ１２を収納す
るための凹部である。２１は管路１８に取付けられたセ
ンサ、２２はモータ１３の制御部である。２３は整流部
である。

【００１６】上記により、流量制御弁１１、整流部２
３、流量測定部６は直管状に配列されている。図２にお
いて、（ａ）は固定開口板９を示しており、２４、２
５、２６はその開口部である。また、（ｂ）は回動開口
板１０を示しており、２７、２８、２９はその開口部で
あり、３０、３１、３２はその閉止部である。図３は図
１のＡ−Ａ’断面を示したものである。

【００１７】図４において、３３は第一の超音波振動子
７、および第二の超音波振動子８からの信号を受けて流
量演算を行う流量演算部である。その中で３４はスター
ト信号発生部、３５は送信部、３６は受信部、３７は切
換部である。送信部３５はトリガ信号発生部３８、およ
び発振部３９から成立っている。受信部３６は受信信号
の増幅部４０、および基準値との比較部４１から成立っ
ている。４２は繰返し部、４３は計時部、４４は演算部
である。

【００１８】次に作動を述べる。通常の計測動作時にお
いて、流量制御弁１１は、図５（ａ）に示すごとく、回
動開口板９の開口部２４、２５、２６が、固定開口板１
０の開口部２７、２８、２９と一致した状態にある。

【００１９】このとき、図１において矢印ａの方向より
流入した流れは流量制御弁１１を経た後、整流部２３に
より計測に適合するような状態の流れに整流され、流量
測定部６を経て、利用される対象（図示せず）に向かっ
て矢印ｂのごとく流出する。

【００２０】この様な状態でスタート信号発生部３４か
ら信号が入ると、トリガ信号発生部３８が働き、発振部
３９により信号が切換部３７に送られる。この切換部３
７は、当初は第一の超音波振動子７に送信部３５が、第
二の超音波振動子８に受信部３６が接続される様設定さ
れている。従って、上記トリガ信号により第一の超音波
振動子７より超音波信号が流量測定部６内に発せられ
る。

【００２１】この信号は第２の超音波振動子８により受
けられ、増幅部４０により増幅され、比較部４１にて基
準信号と比較される。この過程は繰返し部４２で設定さ
れた回数だけ行われた後、計時部４３に信号を送る。計
時部４３では、トリガ信号発生からこのとき送られた信
号までの経過時間（Ｔ１）を計時する。また、一方、所
定の回数の繰返しが終了すると、繰返し部４２より切換
え部３７へ信号が送られ、送信部３５を第２の超音波振
動子８に、受信部３６を第１の超音波振動子７に接続す
る。また、これと同時に再度、トリガ信号発生部３８へ
の駆動信号も送られる。

【００２２】これにより、上記と同様の動作が流れと逆
方向に対して行われ、経過時間（Ｔ２）が計測される。

【００２３】この様にして測定された経過時間Ｔ１、お
よびＴ２をもとに以下の演算式により演算部４４にて流
量が算出される。

【００２４】まず、流速ｖが（数１）で求められる。

【００２５】

【数１】

【００２６】ただし、ここでθは流れと超音波伝搬経路
とのなす角であり、Ｌは流量測定部の長さである。

【００２７】次に、流量Ｑはこの流速に流量測定部６の
断面積ｓを乗じて算出される。 Ｑ＝ｋｖｓ ただし、ここでｋは測定流速ｖを測定断面内の平均流速
に換算するための補正係数である。

【００２８】上記説明でＴ１およびＴ２の計測は繰返し
行ったが、精度の良い計測が行われる場合は一回でも良
い。

【００２９】次に配管部１８におけるセンサ２１が何ら
かの異常、例えば地震による異常振動を検知するとモー
タ１３の制御部２２が作動し、モータ１３を駆動する。
これにより回動開口板１０はあらかじめ定められた所定
の角度だけ回転し、図５（ｂ）に示すごとく、回動開口
板１０の閉鎖部３０、３１、３２が固定開口板９の開口
部２４、２５、２６を閉止する。これにより、図１にお
いて、矢印ａ方向より流入する流れは流量制御弁１１に
て閉止される。

【００３０】この様に、上記構成により流量計測部と流
量制御弁との間に整流部を配置することにより、全体の
流路構成を直管状になるごとく構成でき、流量計全体を
コンパクトな構成にすることができる。

【００３１】また、流量制御弁をモータ駆動とし、回転
型スライド弁を使用することにより、流れ方向の長さを
短くすることができより、コンパクトな流量計を作成す
ることができる。

【００３２】上記実施例において押圧部材１２をコイル
バネで示したが、板バネを用いても良い。

【００３３】次に第２の実施例を図６を参照しながら説
明する。図６において、４５は円環状の滑り部材であ
る。上記以外は第１の実施例と同じゆえ、同一番号で示
してある。

【００３４】次に作動を述べる。この実施例の場合は、
滑り部材４５が回動開口板１０とバネ１２との間に配置
されて動作すること以外は第１の実施例と同じである。

【００３５】本実施例によれば、回動開口板１０とバネ
１２との間に滑り部材を配置することにより、回動開口
板１０の回転時における摩擦を少なくし、流量制御弁１
１の動作信頼性を向上させることができる。次に第３の
実施例を図７を参照しながら説明する。図７において、
４６は固定開口板、４７は回動開口板である。回動開口
板４７は、固定開口板４６と一体化されている軸４８に
より回動可能に保持されている。また、４９は回動開口
板４６を固定開口板４５に押圧するバネである。５０は
モータ、５１はギアであり、５２は軸である。５３は回
動開口板４６の外周に形成されたギアである。５４はモ
ータ５０のケーシングである。上記以外は第１の実施例
と同じゆえ、同一番号で示してある。

【００３６】また、固定開口板４６、および回動開口板
４７の構成は図２と同様である。次に作動を述べる。こ
の実施例の場合は回動開口板４７が配管部１８の外部に
配置されたモータ５０により、ギア５１を介して駆動さ
れるところが第１の実施例と異なるのみで、それ以外の
動作は同じである。本実施例によれば、回動開口板４７
をギアを介したモータ駆動とし、配管部１８の外部に配
置することにより、強い閉止力を得ると共に、測定流れ
への影響を少なくし、精度の良い計測を実現することが
できる。

【００３７】次に第４の実施例を図８を参照しながら説
明する。図８において、５５は円環状の圧電体（駆動
部）、５６は弾性体で構成された固定開口板、５７は摩
擦リングで構成された回動開口板である。５８はバネで
あり、５９は摩擦リング５７と一体的に形成された軸、
６０は軸受け部である。圧電体５５、弾性体固定開口板
５６、摩擦リング回動開口板５７、バネ５８は全体とし
て超音波モータ６１を形成している。また、その中で固
定開口板５６と回動開口板５７とは流量制御弁６２を形
成している。６３はリード線、６４は制御部である。

【００３８】上記以外は第１の実施例と同じゆえ、同一
番号で示してある。また、固定開口板４６、および回動
開口板４７の構成は図２と同様である。

【００３９】次に作動を述べる。この実施例の場合は回
動開口板５７が超音波モータ６１の構成にて駆動される
ところが第１の実施例と異なるのみで、それ以外の動作
は同じである。

【００４０】本実施例によれば、回動開口板５７の駆動
に超音波モータ６１を用いているため、低速回転で高ト
ルクが得られ、流量制御弁６２の閉止力を高めることが
できるものである。また、構造的に流量制御弁６２と駆
動部５５を一体的に形成できるためよりコンパクトな構
成となる。

【００４１】次に第５の実施例を図９を参照しながら説
明する。図９において、６５は制御信号発生部であり、
６６は遮断トリガ信号発生部、６７は遮断切換部であ
る。上記以外は図４と同じゆえ、同一番号で示してあ
る。また、全体構成は第四の実施例と同じである。この
実施例の場合は、流量測定のための超音波と超音波モー
タ６１駆動のための超音波の周波数は同一である。

【００４２】いま、センサ２１から信号が入ると遮断ト
リガ信号発生部６６にて送信部３５に対する動作にトリ
ガがかけられる。これは流量計測動作に対して優先的に
作動するよう構成されている。センサ２１からは遮断切
換部６７に対しても同時に信号が送られ、発振部３９か
らの信号を同時に制御部６４に伝達する。これ以降の動
作は第４の実施例と同じである。

【００４３】本実施例によれば、流量測定用の周波数と
流量制御弁駆動用の周波数を同一にすることにより、回
路をシンプル化することができる。

【００４４】次に第６の実施例を図１０を参照しながら
説明する。図１０において、６８は固定開口板、６９は
回動開口板であり、固定開口板６８動開口板６９より流
量制御弁７０が構成されている。７１は回動開口板６９
を固定開口板６８に押圧するバネである。７２はモータ
（駆動部）であり、７３はその軸である。軸７３は回動
開口板６９に固定されており、その一端は固定開口板６
８に設けられた軸受部７４にて回転可能に支持されてい
る。モータ７２は保持具７５に取付けられており、保持
具７５は支持部７６により管路７７に固定されている。
７８はモータ７２のリード線であり、支持部７６の内部
を通り、管路７７の外部に取出されている。７９は固定
開口板６８、回転開口板６９、バネ７１を収納するため
の凹部である。８０は管路７７に取付けられたセンサ、
８１はモータ７２の制御部である。

【００４５】上記により、流量測定部６、流量制御弁７
０、は直管状に配列されている。また、固定開口板４
６、および回動開口板４７の構成は図２と同様である。
信号処理の流れは図４と同様である。

【００４６】次に作動を述べる。通常の計測動作時にお
いては、回動開口板６９の開口部２４、２５、２６は、
固定開口板６８の開口部２７、２８、２９と一致した状
態、すなわち図５（ａ）に示す状態にある。

【００４７】このとき、図１０において矢印ａの方向よ
り流入した流れは流量測定部６を経た後、流量制御弁７
０を経て、利用される対象（図示せず）に向かって矢印
ｂのごとく流出する。信号処理は第１の実施例と同じで
ある。

【００４８】次に配管部７７におけるセンサ８０が何ら
かの異常を検知するとモータ７２の制御部８１が作動
し、モータ７２を駆動する。これにより回動開口板６９
はあらかじめ定められた所定の角度だけ回転し、図５
（ｂ）に示すごとく、回動開口板６９の閉鎖部３０、３
１、３２、が固定開口板６８の開口部２４、２５、２６
を閉止する。これにより、図１において、矢印ａ方向よ
り流入する流れは流量制御弁７０にて閉止される。この
様に、流量制御弁７０を流量測定部６の下流側に配置す
ることにより、遮断機能付き超音波流量計をよりコンパ
クトな構成にて実現できるものである。

【００４９】次に第７の実施例を図１１を参照しながら
説明する。図１１において８２は流量測定部であり、８
３は流量測定部８２の一方の側に配置された第一の超音
波振動子であり、８４は流量測定部８２の他方の側に配
置された第二の超音波振動子である。この場合、超音波
振動子８３、および８４は管路８５の外部に取付けられ
ている。８６、８７は音響整合層である。上記以外は第
６の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。

【００５０】次に作動を述べる。この場合は、超音波振
動子８３、および８４が管路８５の外部に取付けられて
いるところが第６の実施例と異なるのみで、動作は同じ
である。

【００５１】本実施例においては、流量制御弁７０を流
量測定部８２の下流側に配置し、超音波振動子８３、お
よび８４を管外に配置することにより、流れの遮断に関
する信頼性を上げると共に、測定精度の低下を生じるこ
とが無い構成とすることができる。なお、本発明におけ
る信号処理は１チップマイコン等のマイクロコンピュー
タを用いて、ソフトウエア的に実現することも可能であ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば次の効果が
得られる。

【００５３】（１）流量測定と流量制御弁との間に整流
部を配置することにより、全体の流路構成を直管状にな
るように構成でき、遮断機能付き流量計全体をコンパク
トに構成できる。

【００５４】（２）流量制御弁として回転型スライド弁
を使用することにより、流れ方向の長さを短くすること
ができ、よりコンパクトな流量計を作製することができ
る。

【００５５】（３）流量制御弁の押圧部と回動開口との
間に滑り部材を配置することにより、流量制御弁の動作
信頼性を向上することができる。

【００５６】（４）流量制御弁をギアを介したモータ駆
動とすることにより、強い閉止力を得ると共に、モータ
を配管部の外部に配置することにより、測定流れへの影
響を少なくし、精度良く計測することができる。

【００５７】（５）回動開口板の駆動に超音波モータを
用いることにより、低速回転で高トルクが得られ、した
がって流量制御弁の閉止力を高めることができ、また、
構造的に流量制御弁と駆動部を一体的に形成できるた
め、よりコンパクトに構成できる。

【００５８】（６）流量測定用の周波数と流量制御弁駆
動用の周波数を同一にすることにより、回路をシンプル
化することができる。

【００５９】（７）流量制御弁を流量測定部の下流側に
配置することにより、流量制御弁が、流れに与える影響
を少なくし、流量測定精度を向上することができる。

【００６０】（８）超音波振動子を管外に配置すること
により、流れの遮断時における信頼性を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の超音波流量計の垂直断
面図

【図２】（ａ）同流量計における流量制御弁の固定開口
板の平面図 （ｂ）同流量計における流量制御弁の回動開口板の平面
図

【図３】同流量計における図１のＡ−Ａ’断面図

【図４】同流量計における制御ブロック図

【図５】（ａ）図２の固定開口板の開口部が開いている
場合の平面図 （ｂ）図２の固定開口板の開口部が閉じている場合の平
面図

【図６】本発明の第２の実施例の超音波流量計の垂直断
面図

【図７】本発明の第３の実施例の超音波流量計の垂直断
面図

【図８】本発明の第４の実施例の超音波流量計の垂直断
面図

【図９】本発明の第５の実施例の制御ブロック図

【図１０】本発明の第６の実施例の超音波流量計の垂直
断面図

【図１１】本発明の第７の実施例の超音波流量計の垂直
断面図

【図１２】従来の超音波流量計の垂直断面図

【符号の説明】

６ 流量測定部 ７ 第一の超音波振動子 ８ 第二の超音波振動子 １１ 流量制御弁 １３ 駆動部 ２２ 制御部 ２３ 整流部

フロントページの続き (72)発明者 尾崎 行則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の上流側に直管状に配置された流量制御弁と、前記流
   量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部と、前記流量
   制御弁と前記流量測定部との間に配置された整流部から
   なる超音波式流量計。
2. 【請求項２】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の上流側に直管状に配置され、固定開口と、回動開口
   と、前記回動開口と前記固定開口の密着性を高める押圧
   部材より構成された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆
   動モータと、前記駆動モータの制御部と、前記流量制御
   弁と前記流量測定部との間に配置された整流部からなる
   超音波式流量計。
3. 【請求項３】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の上流側に直管状に配置され、固定開口と回動開口
   と、前記回動開口を前記固定開口側に押圧する押圧部材
   と、前記押圧部材と前記回動開口との間に滑り部材を配
   置した流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動モータと、
   前記駆動モータの制御部と、前記流量制御弁と前記流量
   測定部との間に配置された整流部からなる超音波式流量
   計。
4. 【請求項４】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の上流側に直管状に配置され、固定開口と周囲がギア
   状に形成された回動開口と、前記回動開口を前記固定開
   口側に押圧する押圧部材からなる流量制御弁と、前記流
   量制御弁の駆動モータと、前記駆動モータの軸に取付け
   られたギアと、前記駆動モータの制御部と、前記流量制
   御弁と前記流量測定部との間に配置された整流部からな
   る超音波式流量計。
5. 【請求項５】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の上流側に直管状に配置され、固定開口と周囲が圧電
   部材により形成された回動開口と、前記回動開口を前記
   固定開口側に押圧する押圧部材より構成された流量制御
   弁と、圧電振動子により構成された、前記流量制御弁の
   駆動部と、前記駆動部の制御部と、前記流量制御弁と前
   記流量測定部との間に配置された整流部からなる超音波
   式流量計。
6. 【請求項６】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の上流側に直管状に配置され、固定開口と周囲が圧電
   部材により形成された回動開口と、前記回動開口を前記
   固定開口側に押圧する押圧部材より構成された流量制御
   弁と、圧電振動子により構成された、前記流量制御弁の
   駆動部と、前記流量演算部の送信部の信号を用いて構成
   された前記駆動部の制御部と、前記流量制御弁と前記流
   量測定部との間に配置された整流部からなる超音波式流
   量計。
7. 【請求項７】流量測定部と、前記流量測定部に配置され
   た第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの
   信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定
   部の下流側に直管状に配置された流量制御弁と、前記流
   量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部からなる超音
   波式流量計。
8. 【請求項８】流量測定部と、前記流量測定部の流路外部
   に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振
   動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前
   記流量測定部の下流側に直管状に配置された流量制御弁
   と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部か
   らなる超音波式流量計。