JP2000171478A - 超音波流速測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信波の利得を最大限に増大させ、ひいては
十分な測定精度を確保できる超音波流速測定装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 超音波流速測定装置において、超音波流
速測定管１の下部水平部に流速測定部７を設ける。流速
測定部７の反射部７ａの内面は、互いに焦点位置が一致
し、かつ同一軸上に対称に配置せしめられた放物内面に
形成する。また、前記流速測定部７の中央部の内面は、
前記放物内面の連結部７ｂとなされ内径小の円筒面に形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を利用し
てガスその他の流体の流速を測定する超音波流速測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガスそ
の他の流体の流量を求めるに際し、まず流体の流速を連
続的ないし定期的に測定し、これに基いて流量を演算す
ることが行われている。そして、このような流体の流速
測定方法の一つとして、超音波を利用した方法が知られ
ている。

【０００３】かかる超音波流速測定方法の原理を、図３
に示される従来の装置により説明すると次のとおりであ
る。図３において、（１）は内部をガス等の流体が流れ
る超音波流速測定管である。この超音波流速測定管
（１）内には、流れ方向の上流側及び下流側に、所定距
離を隔てて超音波振動子（２）（３）が配置されてい
る。

【０００４】この超音波振動子（２）（３）は、パルス
発生回路（４）からの駆動パルスにより駆動されて振動
し、超音波を発生送信する一方、送信されてきた超音波
を受信するもので、その超音波振動子（２）（３）が振
動したときの受信波が増幅回路（５）から電気信号とし
て出力されるものとなされている。

【０００５】そして、上流側の超音波振動子（２）から
流れに対して順方向に送信された超音波が下流側の超音
波振動子（３）で受波されるまでの伝搬時間と、下流側
の超音波振動子（３）から流れに対して逆方向に送信さ
れた超音波が上流側の超音波振動子（２）で受波される
までの伝搬時間との差は、流速に関係することから、こ
の伝搬時間差を求めることにより流体の流速を測定する
ものとなされている。なお、図３において、（６）は各
超音波振動子（２）（３）とパルス発生回路（４）及び
増幅回路（５）の接続を切替える切替回路であり、まず
パルス発生回路（４）と上流側の超音波振動子（２）、
下流側の超音波振動子（３）と増幅回路（５）を接続し
て、上流側から下流側への伝搬時間を測定したのち、該
切替回路（６）の作動によりパルス発生回路（４）と下
流側の超音波振動子（３）、上流側の超音波振動子
（２）と増幅回路（５）とが接続されるように切替え
て、下流側から上流側への伝搬時間を測定するものとな
されている。

【０００６】ところで、超音波流速測定管（１）内を流
れる流体が小流量である場合、超音波流速測定管（１）
の流速測定部（１ａ）が図３に示すように内径大で横断
面積が大きいと、流体の流速が遅くなり十分な測定精度
が得られない。それゆえ、従来、流体が小流量の場合
は、図４に示すように、内径小の流速測定部（１ｂ）が
形成された超音波流速測定管（１）が用いられ、小流量
の流体の流速を維持するものとなされていた。

【０００７】しかしながら、このように流速測定部（１
ｂ）を内径小に形成すると、超音波振動子（２）（３）
から計測流体に平行に送信される超音波のうち、流速測
定部（１ａ）を通過するもののみが対向する超音波振動
子（３）（２）に到達し、それ以外の超音波は乱反射す
るので、計測流体に平行に送信される超音波の一部しか
流速測定に用いることができなかった。このため、受信
波の利得を最大限に増大できず、ひいては流速を求める
のに十分な測定精度を確保することがきないという欠点
があった。

【０００８】この発明は、上述のような技術背景に鑑み
てなされたもので、受信波の利得を最大限に増大させ、
ひいては十分な測定精度を確保できる超音波流速測定装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、放物面に平行に入射した超音波は放物
面の焦点に集結することに着目し、これを利用して超音
波流速測定装置における流速測定部の内面構造を工夫し
たものである。

【００１０】即ち、この発明は、超音波流速測定部を流
れる計測流体の上流側と下流側にそれぞれ超音波振動子
が配置され、前記各超音波振動子から相互に超音波を発
生送信するとともに、送信された超音波を相互に受信
し、超音波の伝搬時間の差に基いて流速を測定するもの
となされている超音波流速測定装置において、前記超音
波流速測定部における流体の流れ方向の両側部の内面
は、互いに焦点位置が一致し、かつ同一軸上に対象配置
せしめられた放物内面に形成されていることを特徴とす
る。

【００１１】これによれば、送信側の超音波振動子から
計測流体の流れに平行に送信された超音波の大部分が、
流速測定部の送信側の放物内面で１回だけ反射した後、
その放物内面の焦点位置を通過する。そして、その焦点
位置を通過した超音波は、そのまま流速測定部の受信側
の放物内面で１回だけ反射し、計測流体の流れに平行に
なった後、受信側の超音波振動子に受信される。このた
め、計測流体に平行に送信される超音波の大部分が流速
測定に用いられ、受信波の利得を最大限に増大させこと
ができる。

【００１２】また、流速測定部の中間部は、放物面の連
結部となされ内径小に形成されているため、流体の流速
が大きくなり、超音波の伝搬時間差をより確実に求める
ことができる。

【００１３】なお、この流速測定部は、超音波流速測定
管の内面自体に直接形成するものであってもよいし、あ
るいは、超音波流速測定管に別体に設けるものであって
もよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１ないし図２は、この発明に係
る超音波流速測定装置を、ガスの流量を測定する装置に
適用した状態を示す図である。

【００１５】図１において、（１）はガスが流れる上向
きに開口するコ字形状の超音波流速測定管であり、該超
音波測定管（１）の下部水平部が直管状の流速測定部
（７）となされている。（２）（３）は超音波を発信送
信する超音波振動子で、前記流速測定部（７）の中心線
上の超音波流速測定管（１）の内面壁に対向して配置さ
れている。（４）は超音波振動子（２）（３）を駆動す
るためのパルスを発生する発生回路、（５）は超音波振
動子（２）（３）で受信した受信波を出力する増幅回
路、（６）は超音波振動子（２）（３）とパルス発生回
路（４）および増幅回路（５）の接続を切り替える切替
回路である。

【００１６】そして、流速測定部（７）は、中間連結部
（７ｂ）の左右両側に反射部（７ａ）（７ａ）が形成さ
れてなり、また反射部（７ａ）（７ａ）の一端開口部の
内径が前記超音波振動子の外径とほぼ同一に形成されて
いる。

【００１７】前記反射部（７ａ）は、いずれも一端開口
部から連結連結部（７ｂ）にかけて次第に径小になる放
物内面を有しており、両放物内面は互いに流速測定部中
央で焦点位置が一致し、かつ同一軸上に配置せしめられ
ている。このため、送信側の超音波振動子（２）（３）
から計測流体の流れに平行に送信された超音波はすべ
て、送信側の反射部（７ａ）の放物内面で１回だけ反射
した後、放物内面の焦点（８）を通過する。そして、そ
の焦点（８）を通過した超音波は、そのまま受信側の反
射部（７ａ）の放物内面で１回だけ反射し、計測流体の
流れに平行になった後、受信側の超音波振動子（３）
（２）に受信される。従って、計測流体に平行に送信さ
れる超音波はすべて流速測定に用いられ、受信波の利得
を最大限に増大させことができる。

【００１８】また、前記中間連結部（７ｂ）は、内径小
の円筒内面に形成されているため、流体の流速が大きく
なり、超音波の伝搬時間差を確実に求めることができ
る。

【００１９】すなわち、流体の流速が大きくなると、上
流側の超音波振動子（２）から流れに対し順方向に送信
された超音波が下流側の超音波振動子（３）で受信され
るまでの伝搬時間が短くなる一方、下流側の超音波振動
子（３）から流れに対して逆方向に送信された超音波が
上流側の超音波振動子（２）で受信されるまでの伝搬時
間が長くなるので、超音波の伝搬時間差を確実に求める
ことができ、特に超音波の伝搬時間差が小さい小流量の
場合にその効果が発揮される。

【００２０】次に、図１に示す超音波流速測定装置を用
いた超音波流速測定の原理を説明する。

【００２１】まず、図１の白抜矢印に示すように、超音
波流速測定管（１）にガス等の流体を流すと、その流体
は流速測定部（７）の左端部から流速測定部（７）内に
流入し、該流速測定部（７）の左側の反射部（７ａ）、
中間連結部（７ｂ）、右側の反射部（７ａ）を順に流れ
た後、流速測定部（７）の右端部から流出する。このと
き、中間連結部（７ｂ）が上述のように内径小の円筒内
面に形成されているため、流体の流速は大きくなってい
る。

【００２２】そして、パルス発生回路（４）から流体の
上流側の超音波振動子（２）を駆動するためのパルスを
出力すると、その超音波振動子（２）の振動に応じて超
音波が送信される。このうち、上流側の超音波振動子
（２）から計測流体の流れに平行に送信された超音波は
すべて、上流側の反射部（７ａ）の放物内面で１回だけ
反射した後、その放物内面の焦点（８）を通過する。そ
して、その焦点（８）を通過した超音波は、そのまま下
流側の反射部（７ａ）の放物内面で１回だけ反射し、計
測流体の流れに平行になった後、下流側の超音波振動子
（３）に受信される。

【００２３】次に、切替回路により接続を切り替え、流
体の下流側の超音波振動子（３）から超音波を送信する
と、上記と同様にして、計測流体の流れに平行に送信さ
れた超音波はすべて、上流側の超音波振動子（３）に受
信される。

【００２４】しかして、上記で得られた、上流側の超音
波振動子（２）から流れに対し順方向に送信された超音
波が下流側の超音波振動子（３）で受信されるまでの伝
搬時間と、下流側の超音波振動子（３）から流れに対し
て逆方向に送信された超音波が上流側の超音波振動子
（２）で受信されるまでの伝搬時間との差を導出し、流
体の流速を測定する。

【００２５】なお、以上の実施形態では、この流速測定
部（７）を超音波流速測定管（１）の内面に直接形成す
るものとしたが、これに限られず、流速測定部を超音波
流速測定管に別体に設けるものとしてよい。

【００２６】また、流速測定部（７）中央の中間連結部
（７ｂ）を内径小の円筒内面に形成したが、内径小であ
ればそれ以外の内面形状に形成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、前記超音波流速測定部にお
ける流体の流れ方向の両側部の内面は、互いに焦点位置
が一致し、かつ同一軸上に対象配置せしめられた放物内
面に形成されていることを特徴とするので、計測流体に
平行に送信される超音波の大部分が流速測定に用いら
れ、受信波の利得を最大限に増大させことができると共
に、流体の流速が大きくなり、超音波の伝搬時間差をよ
り確実に求めることができ、ひいては十分な測定精度を
確保できる超音波流速測定装置を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る超音波流速測定装
置を示す概略構成図である。

【図２】図１の超音波流速測定装置Ｉ−Ｉ線矢視断面図
である。

【図３】従来の内径大の超音波流速測定装置の概略構成
図である。

【図４】従来の内径小の超音波流速測定装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

１・・・超音波流速測定管 ２、３・・・超音波振動子 ７・・・流速測定部 ７ａ・・・反射部 ７ｂ・・・中間連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筏 隆臣 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 河野 明夫 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 保田 哲也 大阪市東成区東小橋２丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 DA19 DA22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波流速測定部を流れる計測流体の上
   流側と下流側にそれぞれ超音波振動子が配置され、前記
   各超音波振動子から相互に超音波を発生送信するととも
   に、送信された超音波を相互に受信し、超音波の伝搬時
   間の差に基いて流速を測定するものとなされている超音
   波流速測定装置において、 前記超音波流速測定部における流体の流れ方向の両側部
   の内面は、互いに焦点位置が一致し、かつ同一軸上に対
   象配置せしめられた放物内面に形成されていることを特
   徴とする超音波流速測定装置。