JP6191871B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量計測装置に関し、特に、流体流路部に収納されている計測流路部を備え計測流量部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置に関する。

従来の流量計測装置として、流体流路部に収納されている計測流路部を備えた流量計測装置が知られている。たとえば、特許文献１に示す流量計測装置では、ゴムバンドを巻き付けた計測流路部をガス流路部に収容し、計測流路部の側面に流速センサを配置している。このゴムバンドによりガス流路部の内面と計測流路部の外面との間の隙間を塞ぎ、ガス流路部のガスを計測流路部に導いて、計測流路部を流れるガスの流量を流速センサで計測している。

特開２００５−２８３５６５号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の流量計測装置では、流速センサが流量を計測する電気回路と離れて配置されているため、流速センサと電気回路とを接続するリード線の長さ寸法が大きくなる。この結果、リード線に外部ノイズが侵入する可能性が高まり、ノイズによる計測精度の低下を招いてしまう。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、計測精度の向上を図った流量計測装置を提供することを目的としている。

本発明のある態様に係る流量計測装置は、流体流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置であって、前記流体流路部に収納され、内部が該流体流路部と連通する筒状の計測流路部と、前記計測流路部の一端側および他端側の外周部分を周回して設けられ、流体の通流を遮断する一対のシーリング材と、計測回路が実装された基板および一対の超音波送受波器を含む計測ユニットと、を備え、前記計測ユニットは、前記一対の超音波送受波器が前記基板に対して電気的かつ固定的に接続され、前記計測流路部における前記一対のシーリング材の間に配設されている。

本発明は、以上に説明した構成を有し、計測精度の向上を図った流量計測装置を提供することができるという効果を奏する。

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。

本発明の実施の形態１に係る流量計測装置を備えたガスメータを示す図である。 図１の流量計測装置および中間流路部を示す分解斜視図である。 図２の流量計測装置の計測流路部を中間流路部に収納した状態を示す斜視図である。 図３の計測流路部に基板を取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る流量計測装置を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る流量計測装置の基板を示す図である。

第１の本発明に係る流量計測装置は、流体流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置であって、前記流体流路部に収納され、内部が該流体流路部と連通する筒状の計測流路部と、前記計測流路部の一端側および他端側の外周部分を周回して設けられ、流体の通流を遮断する一対のシーリング材と、計測回路が実装された基板および一対の超音波送受波器を含む計測ユニットと、を備え、前記計測ユニットは、前記一対の超音波送受波器が前記基板に対して電気的かつ固定的に接続され、前記計測流路部における前記一対のシーリング材の間に配設されている。

第２の本発明に係る流量計測装置では、第１の発明において、前記計測回路は、一対の前記超音波送受波器の間を前記超音波が伝搬する時間を計測する伝搬時間計測部と、前記伝搬時間計測部により計測された時間に基づいて前記流体の流量を算出する演算部と、を有していてもよい。

第３の本発明に係る流量計測装置では、第１または第２の発明において、前記計測流路部および前記基板の少なくともいずれか一方に位置決め部が設けられていてもよい。

第４の本発明に係る流量計測装置では、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記超音波送受波器に接続されているリードピンをさらに備え、前記リードピンが前記基板の孔に挿入されていてもよい。

第５の本発明に係る流量計測装置は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記基板を覆う絶縁性制振部をさらに備えていてもよい。

第６の本発明に係る流量計測装置は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、一対の前記超音波送受波器が互いに前記計測流路部を挟んで対向して配置されていてもよい。

第７の本発明に係る流量計測装置は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記基板に固定されている反射部をさらに備え、一対の前記超音波送受波器が前記反射部との間に前記計測流路部を挟んで配置されていてもよい。

第８の本発明に係る流量計測装置は、第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記流体流路部は、流入管部と、中間流路部と、流出管部とが順次接続されて構成されており、前記計測流路部は、前記流体流路部のうち前記中間流路部に収納され、一方の前記シーリング材は、前記流入管部の下流端と前記計測流路部の前記一端側の外周部分との間を充填するよう設けられ、他方の前記シーリング材は、前記流出管部の上流端と前記計測流路部の前記他端側の外周部分との間を充填するよう設けられていてもよい。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下では全ての図面を通じて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。

（実施の形態１）
（ガスメータの構成）
図１は、実施の形態１に係る流量計測装置１０を備えたガスメータ１２を概略的に示す図である。なお、以下、流体の一例としてガスについて説明するが、空気などの他の気体や、水などの液体を流体として用いることができる。ガス以外の流体の流量を計測する流量計測装置は、ガスの流量を計測する流量計測装置１０と同様であるため、その説明を省略する。

ガスメータ１２は、図１に示すように、略直方体形状であって、その正面には、たとえば、表示部１４が設けられている。ガスメータ１２は内部空間を有し、内部空間に制御回路１６および流体流路部１８が設けられている。制御回路１６は、たとえば、計測されたガスの流量の情報を無線通信により送信するための無線通信用の集積回路（図示せず）、各部品を制御する集積回路（図示せず）、および、情報を記憶するメモリ（図示せず）を含んでいる。流体流路部１８は、流体流路を形成する管路であって、流入管部２０、中間流路部２２および流出管部２４を有している。なお、ガスは、流入管部２０から中間流路部２２を通り流出管部２４へ流れるため、このガスの流れに沿って相対的に上流側および下流側と称する。

流入管部２０は柱形状の内部空間（流入路）を含み、流出管部２４は柱形状の内部空間（流出路）を含んでいる。流入管部２０の流入路および流出管部２４の流出路は、ガスメータ１２の本体の内部空間において互いに平行に延びている。流入管部２０の上流側端および流出管部２４の下流側端は、筒形状であって、本体から上方に突出している。流入管部２０は、その上流側端がガス供給元に繋がるガス配管（図示せず）に接続され、下流側端が中間流路部２２の流入口に接続されている。流出管部２４は、その下流側端が、ガス消費者に繋がるガス配管（図示せず）に接続され、上流側端が中間流路部２２の流出口に接続されている。この流入管部２０の下流側端と中間流路部２２との間の隙間、および、流出管部２４の上流側端と中間流路部２２との間の隙間は充填材５８により塞がれている。

中間流路部２２は、たとえば、アルミなどの金属で形成されている。中間流路部２２は、天面が開口した容器状であって、内部空間（中間流路）を有している。この開口のうち中間流路部２２の上流壁２２ａなどにより囲まれた領域（流入口）は流入管部２０の下流側端の開口と対向している。また、開口のうち中間流路部２２の下流壁２２ｂなどにより囲まれた領域（流出口）は流出管部２４の上流側端の開口と対向している。これにより、中間流路部２２の中間流路、流入管部２０の流入路、および流出管部２４の流出路は、互いに通じて流体流路を構成している。中間流路部２２の中間流路（流体流路）に流量計測装置１０の計測流路部２６が収納されている。

計測流路部２６は、両端が開口した中空部材であって、その内部空間が計測流路として用いられる。計測流路部２６は、本実施の形態では断面が長方形状の筒状部材で構成されている。計測流路部２６の長さ寸法は中間流路部２２の長さ寸法より小さい。このため、計測流路部２６の上流端と中間流路部２２の上流壁２２ａとの間、および、計測流路部２６の下流端と中間流路部２２の下流壁２２ｂとの間に隙間がそれぞれ設けられている。この隙間を介して計測流路部２６の計測流路は中間流路部２２の流体流路と連通している。

計測流路部２６の内部には、複数（この実施の形態では、５枚）の整流板２８が配置されている。整流板２８は、計測流路部２６の天板２６ａおよび底板２６ｂに対してそれぞれ平行に、計測流路部２６の軸に沿って延びている。この整流板２８によって計測流路部２６の計測流路は平行に仕切られている。

計測流路部２６の天板２６ａの外面には、２つの第１リブ３０ａ、３０ｂが、計測流路部２６の軸に沿った計測流路のガスの通流方向（以下、「左右方向」）に間隔を開けて設けられている。また、計測流路部２６の底板２６ｂの外面には、２つの第２リブ３２ａ、３２ｂが左右方向に間隔を開けて設けられている。２つの第１リブ３０ａ、３０ｂのうち上流側にある第１リブ（上流側第１リブ）３０ａと、２つの第２リブ３２ａ、３２ｂのうち上流側にある第２リブ（上流側第２リブ）３２ａとの間にも、左右方向に間隙が設けられている。また、下流側にある第１リブ（下流側第１リブ）３０ｂと下流側にある第２リブ（下流側第２リブ）３２ｂとの間にも、左右方向に間隙が設けられている。これらの間隙に環状のシーリング材３４ａ、３４ｂが配置されている。

一対のシーリング材３４ａ、３４ｂは、左右方向に間隔を開けて計測流路部２６に取り付けられている。計測流路部２６の上流端側のシーリング材（上流側シーリング材）３４ａ、は、上流側第１リブ３０ａと上流側第２リブ３２ａとの間の間隙に配されている。計測流路部２６の下流端側のシーリング材（下流側シーリング材）３４ｂは、下流側第１リブ３０ｂと下流側第２リブ３２ｂとの間の間隙に配されている。シーリング材３４ａ、３４ｂは、計測流路部２６の軸に対して垂直な方向に計測流路部２６の周囲に巻き付けられ、計測流路部２６の外周部分を周回して設けられている。シーリング材３４ａ、３４ｂの厚み寸法は、流体流路部１８の内面と計測流路部２６の外面との間の隙間寸法以上に設定されている。この隙間としては、たとえば、計測流路部２６の天板２６ａとこれに対向する流入管部２０の下流側端との間の隙間、計測流路部２６の天板２６ａとこれに対向する流出管部２４の上流側端との間の隙間、および、中間流路部２２の底部２２ｅと計測流路部２６の底板２６ｂとの間の隙間が挙げられる。このシーリング材３４ａ、３４ｂによって、流体流路部１８の内面と計測流路部２６の外面との間の隙間が塞がれ、ガスの通流を遮断している。このため、流体流路部１８の流体流路と計測流路部２６の計測流路とは気密性を保持した状態で連結され、流体流路を流れるガスは計測流路を通る。すなわち、流入管部２０を通じて流れてきたガスは、計測流路部２６の外方を通って流出管部２４へ向かうことなく、全て計測流路部２６内を通って流出管部２４へ流れ出る。

基板３６は、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間において計測流路部２６の天板２６ａの外面上に配されている。一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間では、天板２６ａが中間流路部２２の開口から露出しており、ここに基板３６が配されている。この露出範囲ではシーリング材３４ａ、３４ｂによって流体流路部１８と計測流路部２６との隙間が塞がれている。よって、流体流路部１８の流体流路のガスが天板２６ａの外面上においてシーリング材３４ａ、３４ｂを超えてガスが基板３６上を流れることはない。

（流量計測装置の構成）
図２は、流量計測装置１０および中間流路部２２を示す分解斜視図である。この図２を参照して、流量計測装置１０の構成について更に詳細に説明する。図２に示すように、流量計測装置１０は、計測流路部２６、計測ユニット３５およびシーリング材３４ａ、３４ｂを備えている。計測ユニット３５は、基板３６および一対の超音波送受波器３８を含んでいる。

計測流路部２６は筒状の外壁を有し、この外壁は、天板２６ａ、天板２６ａに対向する底板２６ｂ、および、これらに垂直な一対の側板２６ｃ、２６ｄを有している。天板２６ａに設けられた一対の第１リブ３０ａ、３０ｂおよび底板２６ｂに設けられた一対の第２リブ３２ａ、３２ｂは、計測流路部２６の軸に対して垂直な方向にそれぞれ平行に延びている。上流側第１リブ３０ａと上流側第２リブ３２ａとの間の間隙において、計測流路部２６の各側板２６ｃ、２６ｄに上下方向に延びる溝（上流側溝）４０ａが設けられている。また、下流側第１リブ３０ｂと下流側第２リブ３２ｂとの間の間隙においても、計測流路部２６の各側板２６ｃ、２６ｄに上下方向に延びる溝（下流側溝）４０ｂが設けられている。これらの溝４０ａ、４０ｂの幅寸法はシーリング材３４ａ、３４ｂの幅寸法と等しく設定されている。

シーリング材３４ａ、３４ｂは、たとえば、弾性を有する環状部材であり、オーリングなどが用いられる。なお、シーリング材３４ａ、３４ｂは、流体流路部１８の外壁と計測流路部２６の外壁との間を充填するものであればよく、オーリングに限らない。たとえば、シーリング材３４ａ、３４ｂとして、オーリング以外の定形シーリング材、および、ペースト状の不定形シーリング材などを用いることもできる。

計測流路部２６の各側板２６ｃ、２６ｄに開口部４２ａ、４２ｂが設けられている。一方の開口部（上流側開口部）４２ａは上流側溝４０ａより下流側に配され、かつ、下流側溝４０ｂよりも上流側溝４０ａの近くに位置している。一点破線で示す他方の開口部（下流側開口部）４２ｂは下流側溝４０ｂより上流側に配され、かつ、上流側溝４０ａよりも下流側溝４０ｂの近くに位置している。開口部４２ａ、４２ｂは、側板２６ｃ、２６ｄを貫通しており、超音波透過膜４４で覆われている。この超音波透過膜４４は、超音波を透過させ、ガスの通過を抑制する膜であって、たとえば、メッシュなどが用いられる。ただし、開口部４２ａ、４２ｂは超音波透過膜４４で覆われていなくてもよい。

計測流路部２６の天板２６ａの外面に突起４６が基板３６の位置決め部として設けられている。この実施の形態では、２つの円柱状の突起４６が、天板２６ａから突き出ており、一対の第１リブ３０ａ、３０ｂの間に配置されている。一方の突起４６は上流側開口部４２ａの近傍に配され、他方の突起４６は下流側開口部４２ｂの近傍に配されている。

基板３６は、薄い板状体であって、細長い矩形状を有している。基板３６の表面に、電子部品や回路素子などの部品が搭載されている。この部品としては、ガスメータ１２（図１）の制御回路１６（図１）と接続するための端子４８、および、超音波送受波器３８の計測機能を有する集積回路（計測回路）５０が挙げられる。計測回路５０は伝搬時間計測部および演算部を有している。伝搬時間計測部は、一対の超音波送受波器３８の間を超音波が伝搬する時間を計測する。演算部は、伝搬時間計測部により計測された時間に基づいてガスの流量を算出する。伝搬時間計測部および演算部は、たとえば、計測回路５０に格納されたプログラムによって実現される。なお、計測回路は、伝搬時間計測部および演算部の各機能を備える１つの回路、または、伝搬時間計測部の機能および演算部の機能を個別に備える２つの回路で構成されてもよい。

基板３６には、たとえば、２つの孔（位置決め孔）５２が開口しており、これらの位置決め孔５２は基板３６の計測流路部２６に対する位置決め部として用いられる。位置決め孔５２の内径寸法は計測流路部２６の突起４６の外形寸法より大きく、位置決め孔５２に突起４６が挿入され得る。位置決め孔５２に突起４６を嵌めることにより、基板３６が計測流路部２６の天板２６ａの所定の位置に配置される。

基板３６には、孔（挿入孔）５４がさらに開口しており、この実施の形態では、３つの挿入孔５４が基板３６の各端部に配されている。各挿入孔５４に超音波送受波器３８のリードピン５６が挿入されて、超音波送受波器３８が基板３６の裏面に実装されている。このリードピン５６と基板３６上の配線がはんだ付けされることにより、超音波送受波器３８が基板３６に電気的かつ固定的に接続されている。つまり、超音波送受波器３８のリードピン５６と基板３６上の配線とがはんだによって接合されている。これにより、これらの間を電流が流れる状態になるため、超音波送受波器３８が基板３６に電気的に接続される。また、超音波送受波器３８が基板３６に直接固定されるため、超音波送受波器３８が基板３６に固定的に接続され、超音波送受波器３８と基板３６とが一定形状になるよう一体化している。

超音波送受波器３８は、圧電体（図示せず）、音響整合体（図示せず）および端子（図示せず）を備えている。圧電体は、電圧が印可されることによって厚み方向に伸縮し、それにより電気振動を機械振動に変換する素子である。音響整合体は、圧電体で発生した機械振動を超音波としてガスに放射する放射面を有している。音響整合体は、放射面から超音波を放射するために、圧電体の音響インピーダンスと、ガスの音響インピーダンスとを整合する素子である。圧電体に繋がる端子にリードピン５６が接続されている。このリードピン５６と基板３６上の配線とがはんだ付けされることにより、超音波送受波器３８が基板３６に電気的に接続されている。なお、リードピン５６に代えてリード線などにより、超音波送受波器３８と基板３６とが電気的に接続されてもよい。

中間流路部２２は、天面が開口した略直方体形状の外壁を有しており、この外壁は、ガスの通流方向に対向配置された上流壁２２ａおよび下流壁２２ｂと、ガスの通流方向に直交する方向に対向配置された一対の側壁２２ｃ、２２ｄと、底部２２ｅとを有している。上流壁２２ａ、下流壁２２ｂおよび側壁２２ｃ、２２ｄの端（開口側の端）に充填材５８が設けられており、充填材５８は中間流路部２２の開口周囲を連続的に囲んでいる。

側壁２２ｃ、２２ｄには、その一部が外側に突き出した拡張部６０ａ、６０ｂが設けられている。拡張部６０ａ、６０ｂは三角柱形状の内部空間（拡張空間）を形成し、この拡張空間によって中間流路部２２の略直方体形状の流体流路の一部が拡がっている。側壁２２ｃの拡張部（上流側拡張部）６０ａは上流側第１リブ３０ａより下流側に設けられ、側壁２２ｄの拡張部（下流側拡張部）６０ｂよりは下流側第１リブ３０ｂより上流側に設けられている。上流側拡張部６０ａおよび下流側拡張部６０ｂは、中間流路部２２の流体流路を介して、略直方体形状の空間を形成している。この略直方体形状の空間において底部２２ｅに平行な断面は矩形状であって、この矩形状断面の寸法は基板３６の寸法より少し大きく設定されている。

中間流路部２２において、上流側拡張部６０ａの上流側に窪み部（上流側窪み部）６２ａが設けられ、下流側拡張部６０ｂの下流側に窪み部（下流側窪み部）６２ｂが設けられている。これらの窪み部６２ａ、６２ｂにより中間流路部２２の流体流路の幅が狭くなっており、この幅寸法はシーリング材３４ａ、３４ｂを嵌めた計測流路部２６の幅寸法とほぼ同じに設定されている。また、上流側窪み部６２ａと下流側窪み部６２ｂとの間の寸法は、上流側溝４０ａと下流側溝４０ｂとの間の寸法と同じに設定されている。なお、充填材５８が窪み部６２ａ、６２ｂ上に設けられていてもよい。

（流量計測装置の組み立て）
図３は、計測流路部２６を収納した中間流路部２２と、基板３６とを示す斜視図である。図４は、基板３６を取り付けた計測流路部２６を示す斜視図である。以下、図１〜図４を参照して、流量計測装置１０の組み立てについて説明する。

図２に示すように、計測流路部２６の上流側溝４０ａおよび下流側溝４０ｂのそれぞれにシーリング材３４ａ、３４ｂを嵌める。そして、シーリング材３４ａ、３４ｂが中間流路部２２の各窪み部６２ａ、６２ｂに対応するように、計測流路部２６を中間流路部２２に収容する。これにより、図３に示すように、シーリング材３４ａ、３４ｂは、計測流路部２６の外面および中間流路部２２の内面に密着して、計測流路部２６の側板２６ｃ、２６ｄと中間流路部２２の窪み部６２ａ、６２ｂとの間の隙間、および、計測流路部２６の底板２６ｂ（図２）と中間流路部２２の底部２２ｅ（図２）との間の隙間を塞ぐ。このシーリング材３４ａ、３４ｂにより、計測流路部２６の天板２６ａ側を除き、計測流路部２６と中間流路部２２との間は、３つの空間に気密的に仕切られる。具体的には、１つ目は、上流側窪み部６２ａと上流壁２２ａとの間の流体流路（上流側中間流路）である。２つ目は、下流側窪み部６２ｂと下流壁２２ｂとの間の流体流路（下流側中間流路）である。３つ目は、上流側窪み部６２ａと下流側窪み部６２ｂとの間の流体流路（中央中間流路）であり、この中央中間流路はシーリング材３４ａ，３４ｂによって上流側中間流路および下流側中間流路から遮断されている。また、計測流路部２６の上流端と中間流路部２２の上流壁２２ａとの間、および、計測流路部２６の下流端と中間流路部２２の下流壁２２ｂとの間には、それぞれ間隔が設けられている。これにより、上流側中間流路は、計測流路部２６の上流端の開口を介して計測流路部２６の計測流路と通じている。下流側中間流路は、計測流路部２６の下流端の開口を介して計測流路部２６の計測流路と通じている。

次に、計測流路部２６の突起４６を基板３６の位置決め孔５２に挿入しながら、基板３６を計測流路部２６の天板２６ａ上に取り付ける。これにより、図４に示すように、基板３６は、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に配置され、計測流路部２６上に密着して固定される。また、基板３６は拡張部６０ａ、６０ｂで囲まれた範囲に収まり、基板３６に固定されている超音波送受波器３８が拡張部６０ａ、６０ｂの拡張空間に挿入される。各超音波送受波器３８は、その放射面から放射される超音波の経路が各開口部４２ａ、４２ｂを通り計測流路部２６の軸に対して所定の角度で傾斜するように配置される。この超音波の経路は、空気とガスの屈折率などにより決められる。

続いて、図１に示すように、計測流路部２６が収納された中間流路部２２をガスメータ１２の内部空間に収納する。この際、計測流路部２６のシーリング材３４ａ、３４ｂおよび中間流路部２２の充填材５８が流入管部２０の下流側端および流出管部２４の上流側端とそれぞれ密着するように、中間流路部２２を配置する。これにより、流入管部２０の流入路と中間流路部２２の上流側中間流路とが連結し、流出管部２４の流出路と中間流路部２２の下流側中間流路とが連結する。さらに、上流側中間流路および下流側中間流路は計測流路と通じているため、流入路、上流側中間流路、計測流路、下流側中間流路、および、流出路がこの順で連結されて１本のＵ字状の流路を形成する。

この際、基板３６は、流入管部２０および流出管部２４の間において計測流路部２６の外面に配置されているため、ガスメータ１２の内部空間に現れている。よって、基板３６上の端子４８を制御回路１６にリード線などにより接続して、流量計測装置１０をガスメータ１２に組み込む。

（流量計測装置の動作）
流体流路を流れるガスの流量を測定する際、ガス配管を流入管部２０および流出管部２４のそれぞれに接続する。これにより、ガスは、ガス配管から供給されて、流入管部２０の流入路を流れ、中間流路部２２の上流側中間流路に流入する。そして、ガスは、上流側中間流路から計測流路部２６の上流端の開口を介して計測流路を流れ込み、計測流路を通り、計測流路部２６の下流端の開口を介して下流側中間流路へ流れる。さらに、ガスは下流側中間流路から流出管部２４の流出路に入り、ガス配管へ流れていく。

このガスが計測流路を流れている状態において、たとえば、計測回路５０が上流側の超音波送受波器３８に電気信号を送ると、この超音波送受波器３８は電気信号を超音波に変換して放射面から放射する。これにより、超音波は上流側開口部４２ａを通過して計測流路に入り、計測流路を斜めに横断して、下流側開口部４２ｂから抜け、下流側の超音波送受波器３８に達する。下流側の超音波送受波器３８は、超音波を受け、これを電気振動に変換して計測回路５０に出力する。

計測回路５０では、伝搬時間計測部が、上流側の超音波送受波器３８へ電気信号を出力した時刻と、下流側の超音波送受波器３８から電気信号が入力された時刻との差に基づいて、超音波の伝搬時間を求める。また同様にして、下流側の超音波送受波器３８から超音波を放射し、上流側の超音波送受波器３８が超音波を受ける。そして、伝搬時間計測部は、この超音波の伝搬時間を求める。最後に、演算部は、伝搬時間計測部が求めた伝搬時間に基づいてガスの流量を算出して、計測回路５０はガスの流量を制御回路１６に出力する。制御回路１６は、取得したガスの流量に関する情報をメモリに記憶したり、表示部１４に表示したり、無線回路及びアンテナを用いて外部へ送信したりする。

（作用、効果）
上記構成によれば、シーリング材３４ａ、３４ｂにより計測流路部２６と流体流路部１８との間の隙間を塞いでいる。これにより、計測流路部２６の計測流路と流体流路部１８の流体流路とが連結されて、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間にガスが流れることを防いでいる。このため、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に基板３６を配置すると、基板３６やこれに搭載された計測回路５０上にガスがほとんど流れることがなく、ガスの流れによる不具合の発生を抑制することができる。

さらに、基板３６の挿入孔５４に超音波送受波器３８のリードピン５６をはんだで接合することにより、基板３６に超音波送受波器３８を固定しながら電気的に接続することができる。この結果、流量計測装置１０を小型化および作業性の向上が図られる。また、基板３６と超音波送受波器３８との距離を短縮化し、この間におけるノイズの発生を低減することができるため、流量計測装置１０の計測精度の向上が図られる。

また、基板３６は計測流路部２６上に配置され、また、基板３６に超音波送受波器３８が直接固定されている。このため、基板３６及び超音波送受波器３８を計測流路部２６に保持する部材を別途用意する必要がなく、コスト削減が図られ、また、ガスメータ１２の小型化を図ることができる。しかも、流入管部２０と流出管部２４との間において中間流路部２２の開口から基板３６がガスメータ１２の内部空間に露出している。このため、基板３６とガスメータ１２内の制御回路１６を容易に接続することができる。

さらに、計測流路部２６の突起４６および基板３６の位置決め孔５２を設けることにより、基板３６を計測流路部２６の天板２６ａ上の所定の位置に容易に取り付けることができる。また、超音波送受波器３８が基板３６に固定されている。すなわち、一対の超音波送受波器３８は、計測流路を挟んで配置する以前に、基板３６に取り付けられた状態で既に離隔距離及び向きの設定が完了している。このため、基板３６に固定されている超音波送受波器３８の位置調整をする必要がなく、計測流路に対して配設する際の作業性に優れる。

また、基板３６と超音波送受波器３８を予め一体的にユニット化している。このため、この計測ユニットまたは計測ユニットを計測流路部２６に装着した流量計測装置１０の品質検査する際に、計測ユニットまたは流量計測装置１０をそれぞれ単独で検査することができる。よって、品質検査に適した環境で計測ユニットまたは流量計測装置１０の検査することができ、検査の精度向上および簡素化が図られる。さらに、計測ユニットまたは流量計測装置１０をガスメータに組み込む前にこれらを検査し、不良品を早期に発見することができる。

また、金属製の中間流路部２２により外部から計測流路部２６および超音波送受波器３８に与えられる振動を遮断しているため、外部振動によるノイズで流量計測装置１０の計測精度が低下することを抑制することができる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る流量計測装置１０を示す図である。図５に示すように、実施の形態２に係る流量計測装置１０では、一対の超音波送受波器３８が反射面６４ａとの間に計測流路部２６を挟むようにして配置されている。

中間流路部２２の一方の側壁２２ｄに２つの拡張部６０ａ、６０ｂが間隔を開けて並んで設けられている。これらの拡張部６０ａ、６０ｂは、上流側窪み部６２ａと下流側窪み部６２ｂとの間に配置されている。

計測流路部２６の一方の側板２６ｄに２つの開口部４２ａ、４２ｂが間隔を開けて並んで設けられている。他方の側板２６ｃに１つの開口部４２ｃが設けられており、この開口部４２ｃは２つの開口部４２ａ、４２ｂの間に配されている。また、計測流路部２６の天板２６ａに突起４６が基板３６の位置決め部として設けられている。この実施の形態では、４つの円柱状の突起４６が、天板２６ａから突き出ており、一対の第１リブ３０ａ、３０ｂの間に配置されている。

基板３６は、薄い板状体であって、Ｖ字形状を有している。基板３６は、上流端部、下流端部およびこれらに挟まれる中間端部を有している。上流端部および下流端部と中間端部との間の幅寸法は、計測流路部２６の幅寸法より大きく設定されている。上流端部および下流端部のそれぞれには超音波送受波器３８がリードピン５６などにより電気的および固定的にそれぞれ接続され、超音波送受波器３８が基板３６の裏面に配されている。中間端部には、反射面６４ａを含む反射部６４が固定され、反射部６４が基板３６の裏面側に配されている。一方の超音波送受波器３８から放射された超音波が、反射面６４ａで反射し、他方の超音波送受波器３８に受信するように、超音波送受波器３８および反射部６４が配置されている。また、基板３６に、たとえば、４つの位置決め孔５２が開口しており、これらの位置決め孔５２は基板３６の位置決め部として用いられる。

上記流量計測装置１０を組み立てる際、第１リブ３０ａ、３０ｂに沿ってシーリング材３４ａ、３４ｂを計測流路部２６に嵌める。このシーリング材３４ａ、３４ｂが中間流路部２２の各窪み部６２ａ、６２ｂに対応するように、計測流路部２６を中間流路部２２に収容する。次に、計測流路部２６の突起４６を基板３６の位置決め孔５２に挿入し、基板３６を計測流路部２６の天板２６ａ上に取り付ける。この際、基板３６は一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に配置され、基板３６に固定されている超音波送受波器３８が計測流路部２６の拡張部６０ａ、６０ｂの拡張空間に挿入される。また、基板３６に固定されている反射部６４は、計測流路部２６の側板２６ｃと中間流路部２２の側壁２２ｃとの間に挿入される。これにより、一対の超音波送受波器３８と反射部６４との間に計測流路部２６が挟まれ、配置される。超音波送受波器３８は、超音波の経路が計測流路部２６の軸に対して所定の成す角で傾斜するように配置される。また、これらの経路の交点に反射面６４ａが位置するように反射部６４が配置される。最後に、計測流路部２６が収納された中間流路部２２をガスメータ１２の内部空間に収納する。

上記流量計測装置１０により流体流路を流れるガスの流量を測定する際、たとえば、計測回路５０が上流側の超音波送受波器３８に電気信号を送ると、超音波送受波器３８は電気信号を超音波に変換して放射面から放射する。この超音波は、上流側開口部４２ａを通過して計測流路に入り、計測流路を斜めに横断して、開口部４２ｃを通過して反射面６４ａに到達する。そして、超音波は反射面６４ａで反射して、再び、開口部４２ｃを通過して計測流路に入り、計測流路を斜めに横断して、下流側開口部４２ｂから抜け、下流側の超音波送受波器３８に達する。下流側の超音波送受波器３８は、超音波を受け、これを電気振動に変換して計測回路５０に出力する。

計測回路５０では、伝搬時間計測部が、上流側の超音波送受波器３８へ電気信号を出力した時刻と、下流側の超音波送受波器３８から電気信号が入力された時刻との差に基づいて、超音波の伝搬時間を求める。また同様にして、下流側の超音波送受波器３８から超音波を放射し、上流側の超音波送受波器３８が超音波を受ける。そして、伝搬時間計測部は、この超音波の伝搬時間を求める。最後に、演算部は、伝搬時間計測部が求めた伝搬時間に基づいてガスの流量を算出する。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係る流量計測装置１０に用いられる基板３６を示す図である。図６に示すように、流量計測装置１０は、絶縁性制振部材６６をさらに備えている。

絶縁性制振部材６６は、たとえば、薄い被膜であって、基板３６の外面を覆っている。ただし、絶縁性制振部材６６は、基板３６の外面の一部を覆っていてもよいし、基板３６の外面を圧電体の外面などと一体的に覆っていてもよい。

絶縁性制振部材６６は、ガラス転移点が低い熱可塑性樹脂、たとえば、熱可塑性エラストマー材料や結晶性ポリエステルなどで形成される。熱可塑性エラストマー材料には、たとえば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマーなどが挙げられる。熱可塑性樹脂のガラス転移点は、たとえば、流量測定を行う最低温度の‐３０℃以下、たとえば、−５０〜−９０℃であることが好ましい。これにより、流量測定時には、絶縁性制振部材６６はゴム弾性を有し、制振機能を発揮し得る。また、熱可塑性樹脂の融点は、流量測定の最高温度の８０℃以上、たとえば、１００〜２００℃であることが好ましい。さらに、熱可塑性樹脂のヤング率は、流量測定の最低温度から最高温度までの範囲において、たとえば、０．１〜１．０ＧＰａである。

上記構成によれば、一方の超音波送受波器３８が超音波を放射した際の振動により基板３６が振動することが、基板３６を覆っている絶縁性制振部材６６によって抑制される。このため、基板３６の振動による残響ノイズを低減することができる。また、基板３６を介して他方の超音波送受波器３８に振動が伝搬することを防ぎ、伝搬ノイズを低減することができる。この結果、流量計測装置１０の測定精度を向上することができる。

なお、この実施の形態３では、実施の形態１に係る矩形状の基板３６を絶縁性制振部材６６で被覆したが、実施の形態２に係るＶ字形状の基板３６を絶縁性制振部材６６で覆ってもよい。

（その他の実施の形態）
上記実施の形態１に係る流量計測装置１０では、一対の超音波送受波器３８が対向して配置される「Ｚ方式」の構成が採用されている。また、実施の形態２に係る流量計測装置１０では、一対の超音波送受波器３８の間に１つの反射面６４ａが配置される「Ｖ」方式の構成が採用されている。これに対して、他の方式の構成が採用され得る。たとえば、一対の超音波送受波器３８の間に３つの反射面６４ａが配置される「Ｗ」方式の構成が採用され得る。

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、中間流路部２２の天面の全体が開口していた。これに対して、中間流路部２２の天面の一部が開口していてもよい。たとえば、中間流路部２２の開口が蓋で覆われており、この蓋に流入管部２０と対向する流入口、および、流出管部２４と対向する流出口が開口している。この場合、蓋と、中間流路部２２に収納された計測流路部２６の天板２６ａとの間の寸法は、基板３６の厚み寸法より大きく設定される。このため、計測流路部２６の天板２６ａ上に基板３６が固定され、基板３６が蓋で覆われる。また、シーリング材３４ａ、３４ｂは蓋と計測流路部２６との間の隙間を塞ぎ、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に基板３６が配置される。このため、基板３６上にガスが流れることがシーリング材３４ａ、３４ｂによって防がれ、ガスによって基板３６の不具合が発生することは抑制される。

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、基板３６の位置決め孔５２および計測流路部２６の突起４６が基板３６の位置決め部として設けられていたが、位置決め部はこれらに限定されない。たとえば、計測流路部２６の第１リブ３０ａ、３０ｂを位置決め部として用いることもできる。この場合、基板３６の角を第１リブ３０ａ、３０ｂに当てることにより、基板３６が計測流路部２６の所定の位置に配置される。また、中間流路部２２の窪み部６２ａ、６２ｂおよび拡張部６０ａ、６０ｂを位置決め部として用いることもできる。この場合、計測流路部２６に装着されたシーリング材３４ａ、３４ｂが窪み部６２ａ、６２ｂに対応するように、中間流路部２２に計測流路部２６を収納する。そして、超音波送受波器３８が拡張部６０ａ、６０ｂに嵌るように、基板３６を計測流路部２６に取り付ける。これにより、中間流路部２２を介して計測流路部２６に対して基板３６を位置決めすることができる。

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、基板３６が計測流路部２６上に直接的に固定されていた。これに対して、計測流路部２６との間に介在物を挟んで、基板３６を計測流路部に間接的に固定してもよい。

なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。

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。

本発明の流量計測装置１０は、計測精度の向上を図った流量計測装置１０等として有用である。

１０ 流量計測装置
１８ 流体流路部
２２ 中間流路部（流体流路部）
２６ 計測流路部
３４ａ、３４ｂ シーリング材
３５ 計測ユニット
３６ 基板
３８ 超音波送受波器
５０ 計測回路
４６ 突起（位置決め部）
５２ 位置決め孔（位置決め部）
４８ 端子
５６ リードピン
６６ 絶縁性制振部材
６４ 反射部

Claims (8)

1. 流体流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置であって、
   前記流体流路部に収納され、内部が該流体流路部と連通する筒状の計測流路部と、
   前記計測流路部の一端側および他端側の外周部分を周回して設けられ、流体の通流を遮断する一対のシーリング材と、
   計測回路が実装された基板および一対の超音波送受波器を含む計測ユニットと、を備え、
   前記計測ユニットは、前記一対の超音波送受波器が前記基板に対して電気的かつ固定的に接続され、前記計測流路部における前記一対のシーリング材の間に配設されている、流量計測装置。
2. 前記計測回路は、一対の前記超音波送受波器の間を超音波が伝搬する時間を計測する伝搬時間計測部と、前記伝搬時間計測部により計測された時間に基づいて前記流体の流量を算出する演算部と、を有している、請求項１記載の流量計測装置。
3. 前記計測流路部および前記基板の少なくともいずれか一方に位置決め部が設けられている、請求項１または２に記載の流量計測装置。
4. 前記超音波送受波器に接続されているリードピンをさらに備え、
   前記リードピンが前記基板の孔に挿入されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流量計測装置。
5. 前記基板を覆う絶縁性制振部をさらに備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量計測装置。
6. 一対の前記超音波送受波器が互いに前記計測流路部を挟んで対向して配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流量計測装置。
7. 前記基板に固定されている反射部をさらに備え、
   一対の前記超音波送受波器が前記反射部との間に前記計測流路部を挟んで配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流量計測装置。
8. 前記流体流路部は、流入管部と、中間流路部と、流出管部とが順次接続されて構成されており、
   前記計測流路部は、前記流体流路部のうち前記中間流路部に収納され、
   一方の前記シーリング材は、前記流入管部の下流端と前記計測流路部の前記一端側の外周部分との間を充填するよう設けられ、他方の前記シーリング材は、前記流出管部の上流端と前記計測流路部の前記他端側の外周部分との間を充填するよう設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流量計測装置。

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