JPS599518A - 超音波流速流量計 - Google Patents
超音波流速流量計Info
- Publication number
- JPS599518A JPS599518A JP57117922A JP11792282A JPS599518A JP S599518 A JPS599518 A JP S599518A JP 57117922 A JP57117922 A JP 57117922A JP 11792282 A JP11792282 A JP 11792282A JP S599518 A JPS599518 A JP S599518A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- vibrator
- ultrasonic transducer
- ultrasonic wave
- backing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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シ、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。
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
っている。
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
っている。
即ち）測定管１に一体に設けられたニレ、メントノ・ウ
ノング２円に超音波トランスデユーサ３６４が配置され
、一方の超音波トランスデユーサ３よシ測定管１内を矢
印６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。
ノング２円に超音波トランスデユーサ３６４が配置され
、一方の超音波トランスデユーサ３よシ測定管１内を矢
印６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、ニオブ酸すチューム、ジル
コン酸鉛などの結晶やセラミックスからなる圧’ｉｔｔ
累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。
電歪圧電効果を有する水晶、ニオブ酸すチューム、ジル
コン酸鉛などの結晶やセラミックスからなる圧’ｉｔｔ
累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はバッキング材１２に埋め込まれてお
シ、背面に放射される超音波はこのバッキング材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
物質から保譲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７′ｈユーサ全体
ｔ：ｊケース１４に収納され、ねじ１５によってエレメ
ントハウジング２内に固定される。
シ、背面に放射される超音波はこのバッキング材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
物質から保譲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７′ｈユーサ全体
ｔ：ｊケース１４に収納され、ねじ１５によってエレメ
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とれｙ直交する
方向（棟方向）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って異なるが、厚み振動に
対し１０％〜１％程度である。第２図で振動子１１がバ
ッキング材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１
４を通じてニレメントノ・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
ような対策は良好寿測定を行なう上で重要である。超音
波信号が漏洩すると、ニレメントノ・ウノング２や測定
管１の内部でその漏洩成分が伝搬１反射をく如返し、一
方の超音波トランスデユーサ３よυ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デューサ４
にニレメントノ・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。
れるが、実際にはこの厚み振動と同時にとれｙ直交する
方向（棟方向）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って異なるが、厚み振動に
対し１０％〜１％程度である。第２図で振動子１１がバ
ッキング材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１
４を通じてニレメントノ・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
ような対策は良好寿測定を行なう上で重要である。超音
波信号が漏洩すると、ニレメントノ・ウノング２や測定
管１の内部でその漏洩成分が伝搬１反射をく如返し、一
方の超音波トランスデユーサ３よυ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デューサ４
にニレメントノ・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、このよう々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如、被測定流体の音響インピー
ダンスは３〜１，５ＸｌＯ’に９／ ８−ｍ２でセラミ
、クスのそれ（約３Ｘ１０’に９／８−ｍ ）の約”／
１０１ａ度である。また被測定流体内での超音波減衰量
も０．５ ｄＢ／ｃｒｎ程ルであシ、振動子よυ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
一４０ｄＢ程度に抑えれば十分であった。
なる流体は主に液体であ如、被測定流体の音響インピー
ダンスは３〜１，５ＸｌＯ’に９／ ８−ｍ２でセラミ
、クスのそれ（約３Ｘ１０’に９／８−ｍ ）の約”／
１０１ａ度である。また被測定流体内での超音波減衰量
も０．５ ｄＢ／ｃｒｎ程ルであシ、振動子よυ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
一４０ｄＢ程度に抑えれば十分であった。
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２Ｘ１０２ｋｇ／Ｓ−ｍ！
でお如、超音波振動子と気体との音響的なマツチングが
悪くなりとともに、気体中での超音波減衰量も１０ ｄ
Ｂ／ｇｎ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以下と力る。従って、第２図の
ように超音波振動子１１をバッキング材１２に埋め込む
場合、バッキング材１Ｂの振動子１１の側５− 面を囲む部分を大きくしないと、漏洩［た超音波信号の
レベルが相対的に大きくなって、受信超音波信号のＳＡ
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
０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２０口径が大きく
なると、その開口部分７も大きく人るので、測定管１内
の流体の流れに乱れを生じさせ、測定娯差を生じる原因
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りだ。
体の音響インピーダンスは約２Ｘ１０２ｋｇ／Ｓ−ｍ！
でお如、超音波振動子と気体との音響的なマツチングが
悪くなりとともに、気体中での超音波減衰量も１０ ｄ
Ｂ／ｇｎ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以下と力る。従って、第２図の
ように超音波振動子１１をバッキング材１２に埋め込む
場合、バッキング材１Ｂの振動子１１の側５− 面を囲む部分を大きくしないと、漏洩［た超音波信号の
レベルが相対的に大きくなって、受信超音波信号のＳＡ
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
０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２０口径が大きく
なると、その開口部分７も大きく人るので、測定管１内
の流体の流れに乱れを生じさせ、測定娯差を生じる原因
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りだ。
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針を提供すること
でおる。
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針を提供すること
でおる。
この発明は、超音波振動子の側面と測定管の６−
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
とによシ、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１０−４〜１０１であるので、振動子
の側面の周囲を気体にすれば、固体であるパ。
とによシ、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１０−４〜１０１であるので、振動子
の側面の周囲を気体にすれば、固体であるパ。
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。
−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
に必要ガ超音波信号のみを流体中に伝搬できＳ／１’Ｊ
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。従って流体の
流れが乱れることがなく、測定精度が向上する。
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
に必要ガ超音波信号のみを流体中に伝搬できＳ／１’Ｊ
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。従って流体の
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
ッキング１２に埋め込まれず、単にその背面がバッキン
グ材１２の先端面上に接着されている。この振動子１１
のバッキング材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の外径はバッキング材
１２の外径に等しいか、まだ少し小さくなるようにしで
ある。そしてケース１４の内径は・寸ツキング材１２外
径よシ少し大きく（ｉｓ程度）してアシ、このケース１
４の底面の中央にバッキング材１２０基部側（振動子１
１と反対側）の端面が接着固定されている。
ーサ部の構成を示す。この例では超音波振動子１１はバ
ッキング１２に埋め込まれず、単にその背面がバッキン
グ材１２の先端面上に接着されている。この振動子１１
のバッキング材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の外径はバッキング材
１２の外径に等しいか、まだ少し小さくなるようにしで
ある。そしてケース１４の内径は・寸ツキング材１２外
径よシ少し大きく（ｉｓ程度）してアシ、このケース１
４の底面の中央にバッキング材１２０基部側（振動子１
１と反対側）の端面が接着固定されている。
従って、コーテイング材１３の側面とケース１４との間
、換言すれば振動子１ノの側面と測定管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１１で阻止されて１０〜１０８度しか伝搬し
ないことになｐ１ニレメントノ１ウジング２や測定管１
に漏洩する超音波はｔｌ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、ニレメン
トノ・ウジング２から振動子１ノへ伝搬していく超音波
振動も減少する。従って、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Ｓの振動子の表面から厚み振
動によシ放射され、被測定流体を媒質として伝搬してき
た超音波信号９− のみからなるＩのよい信号を受信することができる。
、換言すれば振動子１ノの側面と測定管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１１で阻止されて１０〜１０８度しか伝搬し
ないことになｐ１ニレメントノ１ウジング２や測定管１
に漏洩する超音波はｔｌ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、ニレメン
トノ・ウジング２から振動子１ノへ伝搬していく超音波
振動も減少する。従って、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Ｓの振動子の表面から厚み振
動によシ放射され、被測定流体を媒質として伝搬してき
た超音波信号９− のみからなるＩ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、バッキング材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１２ｍを除くバッキング材１２の周
面とケース１４との間に空隙１７を形成している。
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、バッキング材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１２ｍを除くバッキング材１２の周
面とケース１４との間に空隙１７を形成している。
コノ場合、ケース１４の底面附近ではバッキング材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
ッキング材１２の側面（鍔状基部１２ａの局面）がケー
ス１４と接着されても振動子１ノの振動がケース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、バッキング材１２の鍔状基部１２ａ
をケース１４に保持することによシ、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１７１０− による振動子１ノの横振動阻止効果をさらに上げること
ができる。
中に放射された超音波振動も充分減衰しているので、バ
ッキング材１２の側面（鍔状基部１２ａの局面）がケー
ス１４と接着されても振動子１ノの振動がケース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、バッキング材１２の鍔状基部１２ａ
をケース１４に保持することによシ、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１７１０− による振動子１ノ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針の概要を示す断面図、第２図
は従来の超音波流速流量針における超音波トランスデユ
ー９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）、３ｅ４・・・超音波トラ
ンスデユーサ、１１・・・超音波振動子、１２・・・バ
ッキング材、１３・・・コーテイング材、１４・・・ケ
ース、１７・・中空隙。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦１１− 第１図 第２図 ６
は従来の超音波流速流量針における超音波トランスデユ
ー９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）、３ｅ４・・・超音波トラ
ンスデユーサ、１１・・・超音波振動子、１２・・・バ
ッキング材、１３・・・コーテイング材、１４・・・ケ
ース、１７・・中空隙。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦１１− 第１図 第２図 ６
Claims (4)
- （１） 測定管に超音波振動子とこの振動子の背面を
支持するバッ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
バッキング材の超音波振動子支持面の寸法以下に形成さ
れ、バッ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） バッ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） バッキング材別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 true JPS599518A (ja) | 1984-01-18 |
| JPH0311412B2 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 |
|---|---|---|---|---|
| JP2005338055A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-12-08 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 超音波流量計 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4213449B2 (ja) * | 2002-10-16 | 2009-01-21 | 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 |
|---|---|---|---|---|
| JP2005338055A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-12-08 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 超音波流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0311412B2 (ja) | 1991-02-15 |
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