JP5728639B2 - 超音波流量計 - Google Patents

Description

本発明は、超音波によって家庭用のガス流量を計測する流量計に関するものである。

従来の超音波流速計は、図５に示すように、筐体１０１と流路１０２と、流路１０２に配置された一対の超音波センサ１０３と、一対の超音波センサ１０３間の超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測手段１０４と、前記伝搬時間から演算により流量を算出する流量算出手段１０５とを備えていた。そして筐体１０１の中に流路１０２が入っており、筐体１０１の被計測流体が流れる内部と筐体１０１の外部とを隔絶することにより、被計測流体であるガスが流量計外に漏れないようになっていた。

特開２００５−１７２６５８号公報

しかしながら、前記従来の超音波流量計は、筐体１０１の内部と外部とを隔絶するため、超音波センサ１０３の信号線１０７を、密閉を保ちながら筐体１０１の内部へ引き込む必要があった。そのため、ハーメチックシール１０６等といった複雑な構成が採用されることになり、その結果、製造コストが高くなり、また、製造そのものが煩雑となる傾向にあった。

また、筐体の流体入口から出口までをパイプ状の流路で接続し、流体が外部に漏れることを防いでいる構成も知られているが、部品点数が多くなるために接続箇所のシール部も増えてしまう。それゆえ、製造コストが高くなり、また、製造そのものが煩雑になる傾向にあった。

また、筐体そのものに超音波センサを取りつけている構成も知られているが、一度センサを組み付けると筐体とセンサとを分離することができない。それゆえ、他の構成に比べて取扱性に劣っていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ハーメチックシール等複雑な構成が不要となり、超音波流量計を安価かつ容易に実現することができる超音波流量計を提供することを目的とする。

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は、被測定流体の入口及び出口を有する流路と、前記流路の入口及び出口間に形成された開口部を有する流路本体と、前記開口部から前記流路に挿入され前記入口及び出口を連通する計測流路と、前記計測流路の側面に配置され前記開口部を覆う壁と、前記壁に取り付けられ超音波信号を発信する一対の超音波センサとからなる計測ユニットと、前記超音波センサ間の超音波信号の伝搬時間を計測し流量を算出する流量算出手段と、を備え、前記壁と前記開口部の外周部とでシールを行う構成である。

前記構成によれば、流路本体の開口部に、超音波センサを有する計測ユニットを挿入する構成としているので、流路本体の開口部と計測ユニットの壁とをシール構造をとりつつ接合することにより被計測流体が漏れない構成とすることができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

以上のように、本発明によれば、ハーメチックシール等複雑な構成が不要となり、超音波流量計を安価かつ容易に実現する超音波流量計を得ることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成例を示す概略断面図である。 図１に示す超音波流量計の外観構成例を示す斜視図である。 （ａ）は、図２に示す超音波流量計において矢視Ａからの要部構成例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、図２に示す超音波流量計において矢視Ｂからの要部構成例であり、（ａ）に示す超音波流量計のＣ−Ｃ線矢視断面図に相当する概略断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２における超音波流量計の構成例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す超音波流量計のＤ−Ｄ矢視断面図である。 従来の超音波流量計の構成例を示す概略断面図である。

１ 流路本体
１ａ 入口
１ｂ 出口
１ｃ 開口部
２ 計測流路
２ａ 分割部材
３ 超音波センサ
５ 流量算出手段
６ 壁
８ 流路
１０、１６ 超音波流量計
１１ 計測ユニット
１５ バッファ部

本発明は、被測定流体の入口及び出口を有する流路と、前記流路の入口及び出口間に形成された開口部を有する流路本体と、前記開口部から前記流路に挿入され前記入口及び出口を連通する計測流路と、前記計測流路の側面に配置され前記開口部を覆う壁と、前記壁に取り付けられ超音波信号を発信する一対の超音波センサとからなる計測ユニットと、前記超音波センサ間の超音波信号の伝搬時間を計測し流量を算出する流量算出手段と、を備え、前記壁と前記開口部の外周部とでシールを行う構成の超音波流量計である。この構成では、流路本体の開口部に、超音波センサを有する計測ユニットを挿入する構成となっているので、流路本体の開口部と計測ユニットの壁とをシール構造をとりつつ接合することができる。それゆえ、被計測流体が漏れないようにすることができるため、被測定流体は、流路の中を流れるが流路本体の外に出ることを回避することができる。

また、超音波センサは計測ユニットとして取り付けられているので、流路本体から脱着可能となりメンテナンスが容易になり、使いやすい超音波流量計が実現できる。

前記構成の超音波流量計においては、前記計測流路が、流路断面を矩形形状とする構成であるので、流速が安定し、測定精度を向上することができる。また、流路断面を矩形形状に形成することで、測定流路の一部を形成する壁を平板とすることができ、簡易な方法でシールすることができる。

前記構成の超音波流量計においては、前記一対の超音波センサは、前記壁の同一面に配置され、一方の超音波センサから発信された超音波信号が対向する流路の内壁に少なくとも１回反射されて他方の超音波センサで受信される構成であればよい。これにより、超音波センサを片側に配置することで、流路の開口部と計測流路の壁とのシールを容易に行うことができる。

前記構成の超音波流量計においては、前記流路は、Ｕ字状に形成され、前記入口と前記計測流路との間に当該計測流路の断面積よりも大きな断面積を有するバッファ部を設けた構成であればよい。これにより、バッファ部により、入口から流入した被計測流体の流速が緩和された後、計測流路へ導入されるので、ガスの流れの直角方向への変換がスムーズに行なれる。

前記構成の超音波流量計においては、前記計測流路は、超音波センサから発信される超音波信号の放射方向に対して平行に配置された平板状の分割部材により流れ方向に複数に区分された構成であればよい。これにより、分割部材の整流効果により、流れが安定した状態で計測を行うことで、測定精度を向上することができる。

前記構成の超音波流量計においては、前記分割部材は、前記流路の入口からの被測定流体の流入方向に平行に配置された構成であればよい。これにより、入口から流入した被測定流体は、分割部材で区分された各流路に均一に導入されるので、各流路での流速が均一となり、測定精度を向上させることができる。

前記構成の超音波流量計においては、前記計測流路の断面は、前記流路の断面より小さく構成し、前記測定流路と前記流路の隙間に仕切り部を構成であればよい。

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）
本発明の実施の形態１について図１〜３に基づき説明する。図１に示すように、本実施の形態の超音波流量計１０（流量計測装置）は、流路本体１に設けられた開口部１ｃに取り付けられている計測ユニット１１等を備えている。

流路本体１は、被測定流体が流れる配管の一部であり、その内部は流路８となっている。流路本体１には、その側壁に開口部１ｃが設けられ、超音波流量計１０は、この開口部１ｃに取付可能となっている。

超音波流量計１０は、区画壁１ｄにより、流路本体１と制御回路等が収納される回路室９に区画されている。流路本体１は、被測定流体の入口１ａ、出口１ｂを有しており、更に、後述の計測ユニット１１が挿入された際に入口１ａ側と出口１ｂ側とを仕切るための仕切り部１ｅを備えている。

また、区画壁１ｄには、計測ユニット１１を挿入するための開口部１ｃが設けられている。図２に示すように、この開口部１ｃに計測ユニット１１の計測流路２を挿入すれば、
図１に示すように、流路本体１の入口１ａと出口１ｂとは、計測流路２を除いて仕切り部１ｅで仕切られるので、この計測流路２のみで連通することになる。

更に、図２に示すように、計測ユニット１１にはビス止め用のフランジ１１ａが設けられている。そして、図３（ａ），（ｂ）に示すように、計測ユニット１１は、壁６と区画壁１ｄとの間にシール材７を配した状態でビス１４により流路本体１に固定される。これにより開口部１ｃに計測ユニット１１を挿入した状態であっても当該開口部１ｃはシールされるので、流路本体１から回路室９への被測定流体の漏れが防止される。なお、説明の便宜上、図３（ａ），（ｂ）においては、開口部１ｃには敢えて符号を付していない。

計測ユニット１１は、被測定流体が通過する計測流路２と、計測流路２の側面に設けた壁６と、壁６に所定の角度で配置された一対の超音波センサ３を備えている。計測流路２は、計測ユニット１１が開口部１ｃに取り付けられたときに流路本体１の内部（すなわち流路８内）に位置する。また、計測流路２の側面には壁６が設けられ、計測流路２が開口部１ｃ内に位置している状態では、開口部１ｃの外側であり、かつ、当該開口部１ｃを覆うような形状として構成されている。

計測ユニット１１は、一対の超音波センサ３を備え、これら超音波センサ３は、一方が計測流路２における被測定流体の流れ方向（図中ブロック矢印）の下流側に位置し、他方が上流側に位置している。そして、これら超音波センサ３は、一方から発信された超音波が計測流路２の内壁に１回反射して他方で受信できるような位置関係で、計測流路２の同一面に配置されている。

計測ユニット１１を構成する計測流路２、超音波センサ３、壁６等の具体的な構成は特に限定されず、公知の流路管、超音波変換器、板状部材を好適に用いることができる。

また、一対の超音波センサ３は、伝搬時間計測手段４に接続され、伝搬時間計測手段４は、流量算出手段５に接続されている。伝搬時間計測手段４は、一方の超音波センサ３から発信された超音波信号が、内壁の反射を介して他方の超音波センサ３で受信されるまでの時間（伝搬時間）を計測し、流量算出手段５は、この伝搬時間から被測定流体の流量を算出する。伝搬時間計測手段４および流量算出手段５は、回路室９内に備えられている。

伝搬時間計測手段４および流量算出手段５の具体的な構成は特に限定されない。伝搬時間計測手段４は、超音波センサ３間の超音波の伝搬時間を計測できる公知の回路であればよいし、流量算出手段５は、伝搬時間計測手段４で計測された伝搬時間から流量を算出できる公知の回路であればよい。また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、伝搬時間計測手段４および流量算出手段５は、本実施の形態では、単一の制御回路１２としてまとめられている。例えば、伝搬時間計測手段４および流量算出手段５である各回路を、一つの基板上に実装した回路基板となっている構成を挙げることができる。

さらに、伝搬時間計測手段４および流量算出手段５は、制御器の機能構成であってもよい。つまり、制御回路１２には、制御器としての例えばＣＰＵが実装されており、このＣＰＵが、図示されないメモリ等の記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される構成であってもよい。このように、伝搬時間計測手段４および流量算出手段５は、超音波流量計１０における回路ユニットまたは機能ユニットを構成するものであるため、これら構成要素は、本実施の形態において、伝搬時間計測手段４は、伝搬手段計測器または伝搬手段計測部と読み替えることができ、流量算出手段５は、流量算出器または流量算出部と読み替えることができる。

なお、超音波センサ３と制御回路１２（厳密には、伝搬時間計測手段４）とは、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すようにリード線により接続しているが、本発明はこれに限定されず、リードピン等の構成によって制御回路１２を実装する基板等に直接接続する構成となっていてもよいし、公知の他の構成であってもよい。

ここで、本実施の形態では、図１および図３（ａ），（ｂ）に示すように、計測ユニット１１の壁６が開口部１ｃを覆うように構成され、かつ、壁６と開口部１ｃの外周部とでシールが行われる構成となっている。具体的には、区画壁１ｄと壁６との間にシール材７が設けられているが、このシール材７は、公知の簡素な構成のものを好適に用いることができる。それゆえ、ハーメチックシール等の部材を使用しなくても被測定流体が漏れない構成を容易に実現することができる。

また、本実施の形態では、計測流路２は、流路の断面を矩形形状に形成しているので、壁６を平板とすることができる。それゆえ、壁６と開口部１ｃの外周部である区画壁１ｄとを略密着できるように重ねることができる。それゆえ、簡易な方法で開口部１ｃをシールすることができる。さらに、本実施の形態では、超音波を計測流路２の内壁で一回反射させる「Ｖパス」を採用しているので、超音波センサ３を同一面に設置することができる。それゆえ、超音波センサ３が流路を挟むように対向配置している構成と比較して、より簡易な構成で開口部１ｃをシールすることができる。

また、本実施の形態では、流路本体１において、入口１ａから出口１ｂに至る流路はＵ字状に形成されているが、入口１ａと計測流路２との間には、図３（ｂ）に示すように、バッファ部１５が設けられている。これにより、入口１ａから超音波流量計１０に流入した被測定流体は、バッファ部１５において流速が緩和された後、計測流路２へ導入される。そのため、被測定流体の流れを直角方向へ円滑に変換することができる。

更に、計測流路２の内部流路は、図３（ｂ）に示すように、少なくとも一部が分割部材２ａにより複数に分割されている。この分割部材２ａは、超音波センサ３から発信される超音波信号の放射方向（発信方向）に対して平行となる方向に沿って配置されている。このように分割部材２ａを設けることによって、被測定流体の流れが整流されるので、被測定流体の流れが安定した状態で計測を行うことができ、測定精度を向上することができる。

なお、本実施の形態では、被測定流体としてガスを例示するが、本発明はこれに限定されず、公知の他の流体であっても本実施の形態の超音波流量計１０を好適に用いることができる。また、本実施の形態の超音波流量計１０は、区画壁１ｄで回路室９を分割する流路本体１を備えているが、本発明はこれに限定されず、少なくとも計測ユニット１１が壁６のようなフランジ状部材を備え、被測定流体が流れる配管の側壁に設けられた開口部１ｃに計測ユニット１１を取り付けたときに、開口部１ｃとフランジ状部材（壁６等）との間で簡単にシールができるような構成であれば、公知のどのような構成であっても採用することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図４（ａ），（ｂ）に基づき説明する。図４（ａ），（ｂ）は、本実施の形態における超音波流量計１６（流量計測装置）を示すもので、実施の形態１と同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図４（ａ），（ｂ）においては、説明の便宜上、一部の要素に符号を付すことを省略している。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、超音波流量計１６においては、基本的な構成は前記実施の形態１の超音波流量計１０と同様であるが、計測流路２を区分している分割部材２ａは、入口１ａからの被測定流体の流入方向と平行になるように配置されている。

この構成によると、入口１ａから流入した被測定流体は、分割部材２ａで区分された各流路に略均一に導入されるので、各流路での被測定流体の流速が均一となり、測定精度を向上させることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

以上のように、本発明にかかる超音波流速計は、簡単な構成で被測定流体が計測部から筐体外部へ漏れない構成が容易に実現でき、メンテナンス性の向上もできるので、さまざまな流体の計測を行う超音波流速計等の超音波計測装置に広く用いることができる。

Claims (2)

1. 被測定流体の入口及び出口を有する流路と、
   前記流路の入口及び出口間に形成された開口部を有する流路本体と、
   前記開口部から前記流路に挿入され前記入口及び出口を連通し、その流路断面が矩形形状である計測流路と、
   前記計測流路の側面に配置され前記開口部を覆う壁と、
   前記壁に取り付けられ超音波信号を発信する一対の超音波センサとからなる計測ユニットと、
   前記超音波センサ間の超音波信号の伝搬時間を計測し流量を算出する流量算出手段と、を備え、
   前記壁と前記開口部の外周部とでシールが行われ、
   前記一対の超音波センサは、前記壁の同一面に配置され、一方の超音波センサから発信された超音波信号が対向する流路の内壁に少なくとも１回反射されて他方の超音波センサで受信される構成であり、
   前記流路は、Ｕ字状に形成され、前記入口と前記計測流路との間に、当該計測流路の断面積よりも大きな断面積を有するバッファ部が設けられ、
   前記計測流路は、前記超音波センサから発信される超音波信号の放射方向に対して平行に配置された平板状の分割部材により流れ方向に複数に区分され、
   前記分割部材は、前記流路の入口からの被測定流体の流入方向に平行に配置された
   ことを特徴とする、超音波流量計。
2. 前記計測流路の断面は、前記流路の断面より小さく構成し、前記計測流路と前記流路との隙間に仕切り部を構成したことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。

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