WO2012164859A1 - 超音波式流量計測ユニットおよびこれを用いたガス流量計 - Google Patents

Abstract

　本発明の超音波式流量計測ユニットは、被計測流体が流れる断面が矩形の計測流路の一つの面に開口部を有する計測流路ユニットと、少なくとも被計測流体の流路方向に所定の距離をおいて配置した一対の超音波送受波器を有するセンサユニットと、を備え、計測流路ユニットの開口部を介してセンサユニットを一体的に設けて構成される。これにより、超音波が伝播する計測流路ユニット側において、流量を計測するための条件設定を容易にすることができる。

Description

超音波式流量計測ユニットおよびこれを用いたガス流量計

　本発明は、超音波で流量を計測する超音波式流量計測ユニットおよびこれを用いたガス流量計に関する。

　従来の超音波流量計について、図８を用いて以下で説明する。図８は、従来の超音波流量計を示す断面図である。

　図８に示すように、従来の超音波流量計２００は、超音波変換器２０１と超音波変換器２０２および反射層２０３を備えた嵌め込み型センサユニット２０４を、流通管２０５に嵌め込んで被計測流体の流量を計測する構成を有している（例えば、特許文献１参照）。

　通常、超音波で、被計測流体の流量計測を精度よく行う場合、超音波変換器から送受信される超音波が伝播する計測領域において、被計測流体の流れに対して、被計測流体の流れの整流化や層流化などの所定の操作（工夫）を加える必要があった。

　しかしながら、従来の超音波流量計２００の構成では、流通管２０５の計測領域において、被計測流体の流れに対する工夫が施されていないため、被計測流体が乱れやすく、被計測流体の流量を精度よく計測できないという課題があった。

特表２００８－５２４６１６号公報

　上記課題を解決するために、本発明の超音波式流量計測ユニットは、被計測流体が流れる断面が矩形の計測流路の一つの面に開口部を有する計測流路ユニットと、少なくとも被計測流体の流路方向に所定の距離をおいて配置した一対の超音波送受波器を有するセンサユニットと、を備え、計測流路ユニットの開口部を介してセンサユニットを一体的に設けて構成される。

　これにより、超音波式流量計測ユニットをセンサユニットと計測流路ユニットに分割して構成できるため、超音波が伝播する計測流路ユニット側において、被計測流体の流量を計測する条件設定を容易にできる。その結果、高精度な流量計測を可能とする超音波式流量計測ユニットを実現できる。

図１は、本発明の実施の形態１における超音波式流量計測ユニットを示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１における超音波式流量計測ユニットを示す分解斜視図である。 図３は、図１の３－３線断面図である。 図４は、図３の４－４線断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２における計測流路ユニットを示す断面図である。 図６は、本発明の実施の形態２における計測流路ユニットの流路本体の組み付けの一例を説明する分解斜視図である。 図７は、本発明の実施の形態３における超音波式流量計測ユニットを用いたガス流量計の構成を説明する図である。 図８は、従来の超音波流量計を示す断面図である。

　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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態において、同一または相当する構成要素には同一の参照符号を付して、説明する。

　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１における超音波式流量計測ユニットについて、図１から図４を用いて説明する。

　図１は、本発明の実施の形態１における超音波式流量計測ユニットを示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における超音波式流量計測ユニットを示す分解斜視図である。図３は、図１の３－３線断面図である。図４は、図３の４－４線断面図である。

　図１に示すように、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０は、少なくとも流体６０が流れる方向と直交する断面が矩形形状からなる計測流路の１つの面に開口部を有する計測流路ユニット１５と、被計測流体の流路方向に所定の距離をおいて配置した一対の超音波送受波器を有するセンサユニット１６とから構成され、センサユニット１６は計測流路ユニット１５の開口部に隣接して一体的に設けられている。

　以下に、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０の計測流路ユニット１５について、具体的に説明する。

　図２に示すように、計測流路ユニット１５は、被計測流体が流れる方向に沿って矩形形状の断面が連続する流路本体１７を有する。このとき、流路本体１７は、第１側壁部２１と、第１側壁部２１と平行で対向して設けられる第２側壁部２２と、第１側壁部２１および第２側壁部２２の頂部に掛け渡された天板部２３と、第１側壁部２１および第２側壁部２２の底部に掛け渡された底板部２４とから構成されている。そして、流路本体１７の第１側壁部２１は、流路本体１７の一つの面を構成するとともに、センサユニット１６が一体的に設けられる開口部２５を有している。

　なお、流路本体１７を構成する第１側壁部２１、第２側壁部２２、天板部２３および底板部２４は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂製の部材で、例えば角筒状に一体的に形成（具体的には、樹脂成型）され、矩形形状の計測流路２６を形成している。このとき、計測流路２６を構成する第２側壁部２２の内面は、計測流路２６の壁面を構成するとともに、一対の超音波送受波器で送受信される超音波の反射面３５としての役割も担っている。

　また、図３に示すように、流路本体１７の第１側壁部２１の開口部２５には、少なくともセンサユニット１６に設けられる一対の超音波送受波器で送受信される超音波が通過可能な第１超音波出入部３２および第２超音波出入部３３が形成されている。

　また、図２と図３に示すように、流路本体１７の第１側壁部２１に形成された第１超音波出入部３２および第２超音波出入部３３を覆う、例えば２０メッシュから５００メッシュで形成されるメッシュ部材で構成された超音波透過膜３４が配置されている。なお、通常、メッシュ部材のメッシュは、超音波の減衰やガスなどの流体の流れる状態を考慮して選定されるため、上記値に限定されないことはいうまでもない。そして、超音波透過膜３４は、一対の超音波送受波器で送受信される超音波を透過させるが、流体の出入りは実質的に遮断する機能を有している。なお、超音波透過膜３４としては、上記メッシュ部材以外に、パンチングメタル部材などを用いることも可能である。

　また、図３と図４の断面図で示すように、流路本体１７の内部（すなわち、計測流路２６）は、流体６０が流れる方向（例えば、平行方向）に沿って、複数（本実施の形態では３枚）の仕切板２８により複数（本実施の形態では、４本）の扁平流路２７に区画されている。このとき、仕切板２８は、樹脂の樹脂成型により形成され、流路本体１７に挿入することにより流路本体１７の内部に固定されている。これにより、流路本体１７の内部に沿って流れる流体６０の流れを、仕切板２８により整流することができる。

　なお、仕切板２８は、流路本体１７を樹脂成型する際に、第１側壁部２１および第２側壁部２２と一体的に成形（インサート成型）して形成してもよい。これにより、生産性や作業性が向上する。

　以下に、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０のセンサユニット１６について、具体的に説明する。

　図２に示すように、センサユニット１６は、センサ保持部４１と、センサ保持部４１で保持される一対の超音波送受波器とから構成され、計測流路ユニット１５の流路本体１７の第１側壁部２１の開口部２５を覆うように一体的に設けられている。

　つまり、図３に示すように、センサユニット１６は、センサ保持部４１で保持された第１超音波送受波器４２（以下、「第１送受波器４２」と記す）と、第２超音波送受波器４３（以下、「第２送受波器４３」と記す）とから構成される一対の超音波送受波器を備えている。

　そして、第１送受波器４２および第２送受波器４３は、センサ保持部４１で第１送受波器４２および第２送受波器４３が所定の角度αで保持されるように、計測流路２６の流体６０の流れ方向に沿って所定の距離をおいて配置されている。これにより、例えば第１送受波器４２から送信された超音波が、計測流路２６を構成する第２側壁部２２の反射面３５において角度αで反射され、第２送受波器４３で受信される。このとき、センサユニット１６のセンサ保持部４１を、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などからなる樹脂を樹脂成型などで作製することにより、第１送受波器４２および第２送受波器４３を、所定の距離および所定の角度で精度良く配置して構成することができる。

　また、図３に示すように、第１送受波器４２は、第１センサパッキン４５および第１センサ固定部材４６でセンサ保持部４１に取り付けられている。同様に、第２送受波器４３は、第２センサパッキン４７および第２センサ固定部材４８でセンサ保持部４１に取り付けられている。これにより、第１送受波器４２および第２送受波器４３をセンサ保持部４１に気密に保持するとともに、超音波の送受信時に発生する振動などの伝播を防止できる。その結果、流体の流量を精度よく計測できる。

　以上の構成により、本実施の形態の超音波式流量計測ユニットが構成される。

　以下に、上記構成を有する超音波式流量計測ユニット１０で、流体の流量を計測する方法の一例について、図３を用いて説明する。

　なお、図３に図示したＭは超音波の伝播経路を示し、矢印Ｐ１、Ｐ２は第１送受波器４２から第２送受波器４３に伝播する超音波の伝播方向を示している。同様に、図３に図示した矢印Ｑ１、Ｑ２は、第２送受波器４３から第１送受波器４２に伝播する超音波の伝播方向を示している。

　また、図３に図示するように、計測流路２６を流れる流体６０の流速をＶ、流体６０中の音速をＣ、流体６０の流れる方向と超音波が反射面３５で反射するまでの超音波の伝播方向とのなす角度をθとする。さらに、第１送受波器４２と第２送受波器４３との間で超音波が伝播するときの伝播経路Ｍの有効長さをＬとして説明する。

　まず、計測流路２６の上流側に配置された第１送受波器４２を超音波送波器として、第１送受波器４２に外部の駆動回路（図示せず）から駆動電圧を印加して超音波を送信する。第１送受波器４２から送信された超音波は計測流路２６の第２側壁部２２の反射面３５で反射して、計測流路２６の下流側に配置された超音波受波器である第２送受波器４３で受信される。

　このとき、第１送受波器４２から出た超音波が、第２送受波器４３に到達するまでの伝播時間ｔ１は、以下の式（１）で示される。

　ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）・・・（１）
　つぎに、第２送受波器４３を超音波送波器として、第２送受波器４３から超音波を送信する。第２送受波器４３から送信された超音波は計測流路２６の第２側壁部２２の反射面３５で反射して、計測流路２６の上流側に配置された超音波受波器である第１送受波器４２で受信される。

　このとき、第２送受波器４３から第１送受波器４２に伝播する超音波の伝播時間ｔ２は、以下の式（２）で示される。

　ｔ２＝Ｌ／（Ｃ－Ｖｃｏｓθ）・・・（２）
　そして、伝播時間ｔ１の式（１）と、伝播時間ｔ２の式（２）から流体の音速Ｃを消去すると、以下の式（３）が得られる。

　Ｖ＝Ｌ／（２ｃｏｓθ（（１／ｔ１）－（１／ｔ２）））・・・（３）
　つまり、式（３）から分るように、第１送受波器４２と第２送受波器４３との伝播経路Ｍの有効長さＬと、角度θが既知ならば、伝播時間ｔ１と伝播時間ｔ２とを計測することにより計測流路２６を流れる流体６０の流速Ｖを求めることができる。

　そこで、流量演算部４９で、伝播時間ｔ１および伝播時間ｔ２を計測するとともに、式（３）の演算により、まず流速Ｖを求める。

　そして、流速Ｖを平均流速に換算する係数をｋとし、計測流路２６の断面積をＳとすると、流量Ｑは、以下に示す式（４）により求められる。

　Ｑ＝ｋＶＳ・・・（４）
　これにより、計測流路２６を流れる流体６０の流量Ｑが求められる。

　以上、説明したように、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０によれば、センサユニット１６と計測流路ユニット１５とを別々に分割して作製し、一体化することにより超音波式流量計測ユニット１０を構成できる。そのため、超音波が伝播する計測流路ユニット１５側において、流量を計測するための条件の設定が容易になる。具体的には、計測流路ユニット１５のみの大きさを変えることにより、例えば計測可能なレンジの変更など、目的に応じた条件の設定が可能となる。その結果、流体の種類、設置場所、要望される計測精度などに応じて、簡単な構成で容易に超音波式流量計測ユニット１０を実現できる。

　また、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０によれば、仕切板２８で計測流路２６を複数に分割して複数の扁平流路２７を形成することにより、流体６０の流れの乱流の発生を防止して整流化を図ることができる。その結果、流体６０の流れが安定した状態で超音波の伝播時間を計測できるので、より高精度で流体の流量を計測できる超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０によれば、センサユニット１６と計測流路ユニット１５との組み合わせで超音波式流量計測ユニット１０を構成できるため、汎用性に優れるとともに、コンパクトな構成の超音波式流量計測ユニット１０を実現できる。

　また、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１０によれば、センサユニット１６を超音波透過膜３４を介して計測流路２６を構成する１つの面に設けるため、計測流路２６を流れる流体の乱れを少なくできる。その結果、より高精度で流体の流量を計測できる。

　なお、本実施の形態では、３枚の仕切板で計測流路を複数に分割する例で説明したが、これに限られない。仕切板の数は、計測流路を流れる流体の流れが乱れない場合には、仕切板を設けない構成や任意の枚数の仕切板で計測流路を分割する構成でもよい。これにより、計測流路などの設計自由度を向上させることができる。

　また、本実施の形態では、計測流路の断面が矩形形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、センサユニットが設置される第１側壁部と、反射面が形成される第２側壁部とが平行な平面で構成されていれば、計測流路の天板部や底板部は平面でなく、半円などの曲面で構成してもよい。これにより、計測流路の設計自由度を向上させ、汎用性を高めることができる。

　また、本実施の形態では、特に流量演算部４９を配置する位置については言及していないが、例えばセンサユニット１６の第１送受波器４２と第２送受波器４３との間などのセンサ保持部４１内に設けてもよい。これにより、超音波式流量計測ユニットを、よりコンパクトな構成にできる。

　（実施の形態２）
　以下に、本発明の実施の形態２における超音波式流量計測ユニットについて、図５と図６を用いて説明する。なお、実施の形態１の超音波式流量計測ユニットと同じ構成要素や作用などの説明は、省略する。

　図５は、本発明の実施の形態２における計測流路ユニットを示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態２における計測流路ユニットの流路本体の組み付けの一例を説明する分解斜視図である。なお、図５は、実施の形態１の図３に相当する断面図であるが、センサユニットの部分は同一であるので、省略し、計測流路ユニットのみを図示している。

　図５に示すように、本実施の形態の計測流路ユニット７０は、流路本体７１を個別の部材で形成する点で、実施の形態１の流路本体１７と異なる。

　つまり、図６に示すように、本実施の形態の計測流路ユニット７０の計測流路２６を構成する流路本体７１は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂製の部材からなる第１側壁部２１、第２側壁部２２、天板部２３および底板部２４をそれぞれ個別の部材で構成し、組み付けることにより計測流路ユニット７０の流路本体７１が作製される。このとき、流路本体７１を構成する第１側壁部２１は、第１超音波出入部３２と第２超音波出入部３３を構成する超音波出入部３１が設けられている。さらに、図５に示すように、第１側壁部２１の、第２側壁部２２と対向する裏面２１ａ側（すなわち、計測流路２６側）には、超音波出入部３１の内周より大きな内周を有する超音波透過膜３４を組み付ける収納凹部７２が設けられている。収納凹部７２の深さは、超音波透過膜３４の厚みと略同一（同一を含む）で形成される。これにより、例えば超音波透過膜３４と流路本体７１との段差を小さく、または無くして、計測流路２６内での流体６０の流れの乱れを防止できる。その結果、流体６０の流れが安定した状態で超音波の伝播時間を計測できるので、より高精度で流体の流量を計測できる超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、図６に示すように、第１側壁部２１、第２側壁部２２、天板部２３および底板部２４を組み付ける際に、同時に複数の仕切板２８が組み付けられ、第１側壁部２１と第２側壁部２２との間に固定される。これにより、実施の形態１で説明したような複数の扁平流路が構成され、流体の流れの乱れを防止して、整流化を図ることができる。

　つまり、第１側壁部２１、第２側壁部２２、天板部２３および底板部２４をそれぞれ個別の部材で構成して組み付けることにより計測流路２６を形成し、本実施の形態の計測流路ユニット７０を作製できる。

　以上で説明したように、本実施の形態の計測流路ユニットによれば、超音波透過膜を計測流路の内面に段差を有することなく設置することができる。これにより、段差で発生する計測流路内での流体の流れの乱れの発生を防止して、流体の流れが安定した状態で超音波の伝播時間を計測できる。その結果、より高精度で流体の流量を計測できる超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本実施の形態の計測流路ユニットによれば、流路本体を構成する部材を個別に作製して計測流路を組み立てるので、設計自由度が高く、汎用性に優れた超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　（実施の形態３）
　以下に、上記実施の形態で説明した超音波式流量計測ユニットを備えた、本発明の実施の形態３におけるガス流量計について、図７を用いて説明する。

　図７は、本発明の実施の形態３における超音波式流量計測ユニットを用いたガス流量計の構成を説明する図である。

　図７に示すように、本実施の形態のガス流量計１４０は、少なくとも被計測流体を気密に収容する、入口部である入口パイプ１４３と出口部である出口パイプ１４４とを備えた箱状の装置本体１４１と、装置本体１４１内に収納された超音波式流量計測ユニット１４２とから構成されている。このとき、超音波式流量計測ユニット１４２は、例えば装置本体１４１の略中央部（中央部を含む）に配置され、例えばビスなどにより装置本体１４１に固定されている。

　なお、本実施の形態のガス流量計１４０に内蔵される超音波式流量計測ユニット１４２は、基本的には実施の形態１または実施の形態２で説明した超音波式流量計測ユニットと同様である。また、本実施の形態の超音波式流量計測ユニット１４２において、実施の形態１または実施の形態２と同様に、複数の仕切板で計測流路を複数の扁平流路を形成した超音波式流量計測ユニットを用いてもよいことはいうまでもない。

　そして、図７に示すように、装置本体１４１の内部と外部とを連通する入口パイプ１４３および出口パイプ１４４は、装置本体１４１の、例えば上面１４１ａなどの平面状の同一面に配置して設けられている。このとき、入口パイプ１４３の内部には遮断弁１４５が設けられ、遮断弁１４５により入口パイプ１４３が装置本体１４１の内部に開放（連通）される。

　また、超音波式流量計測ユニット１４２の流路本体１７の入口側の開口部１７ａは、装置本体１４１の内部で開放された状態で設置されている。これにより、入口パイプ１４３の内部に導入された流体６０を、一旦、装置本体１４１の広い内部空間に開放して、超音波式流量計測ユニット１４２の流路本体１７の入口側の開口部１７ａに流入させることができる。その結果、流体６０を、超音波式流量計測ユニット１４２の入口側の開口部１７ａに、乱れのない均一な流れで導入することができる。つまり、図７において、入口パイプ１４３と流路本体１７の開口部１７ａとをパイプなどで直接接続する構成とした場合、入口パイプ１４３から入ったガスなどの流体６０は、パイプ内で急激に曲げられて流路本体１７に流入するため、流れに偏り（乱れ）が生じる。そのため、センサユニット１６で計測する流体６０の流速を正確に計測できない。一方、本実施の形態のように、装置本体１４１の広い内部空間に開放することにより、装置本体１４１の内部空間が、流体６０の流れに対してバッファとして作用するため、流体６０の流れの偏り（乱れ）を小さくできるので、流体６０の流速を正確に計測することができる。

　一方、出口パイプ１４４は、装置本体１４１の内部で、超音波式流量計測ユニット１４２の流路本体１７の出口側の開口部１７ｂと、例えばＬ字状の接続部１４６を介して連結されている。

　以上で説明したように、本実施の形態のガス流量計１４０が構成される。

　以下に、本実施の形態のガス流量計の動作・作用について、図７を参照しながら説明する。

　まず、例えばガス配管（図示せず）に接続された装置本体１４１の入口パイプ１４３を介して、装置本体１４１内に流入した流体６０は、入口パイプ１４３の遮断弁１４５の開放により装置本体１４１の内部の、例えば側壁１４１ｂに向かって導入される。このとき、装置本体１４１内に導入された流体６０は、装置本体１４１の側壁１４１ｂで流れる方向が変えられながら、超音波式流量計測ユニット１４２の流路本体１７の入口側の開口部１７ａから超音波式流量計測ユニット１４２の計測流路ユニット１５に導入される。

　計測流路ユニット１５に導入された流体６０は、超音波式流量計測ユニット１４２のセンサユニット１６により、流量が計測された後、流路本体１７の出口側の開口部１７ｂに流れる。

　その後、流路本体１７の出口側の開口部１７ｂに流入した流体６０は、開口部１７ｂに接続された、例えばＬ字状の接続部１４６を経由して出口パイプ１４４に接続された、例えばガス配管（図示せず）を介して、装置本体１４１の外部の機器に供給される。

　以上で説明したように、本実施の形態のガス流量計によれば、装置本体の内部に、コンパクトに超音波式流量計測ユニット１４２を配置できるため、配置の自由度が大きいガス流量計を実現できる。

　また、本実施の形態のガス流量計によれば、超音波式流量計測ユニット１４２の入口側の開口部１７ａが装置本体１４１の広い内部空間に開放されているため、超音波式流量計測ユニット１４２へ、流体を乱れなく均一な流れで導くことができる。その結果、より高精度で流体の流量を計測できる超音波式流量計測ユニットを備えたガス流量計を実現できる。

　また、本実施の形態のガス流量計によれば、図７に示すように、流路本体１７の計測流路の長辺側（長手方向）、もしくは複数の扁平流路の長辺側（長手方向）が流体の流入方向と平行になるように、超音波式流量計測ユニット１４２を装置本体１４１内に配置している。これにより、装置本体１４１の内部空間からの流体の流れを乱すことなく、均一な流れで超音波式流量計測ユニット１４２に導くことができる。その結果、より高精度で流体の流量を計測できる。

　また、本実施の形態のガス流量計によれば、図７に示すように、遮断弁１４５からの流体の流れの流出方向を、入口パイプ１４３から流体が流入する流入方向に対して垂直（直交する方向）にしている。これにより、装置本体１４１内に流入する流体の流入の方向性を緩和（任意）して、流体の流れの偏りを低減できる。その結果、装置本体１４１内に導入された流体を、均一な流れで、超音波式流量計測ユニット１４２に流し込むことが可能となる。

　なお、本発明の超音波式流量計測ユニットおよび計測流路ユニットは、上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良などが可能である。そして、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。

　例えば、上記各実施の形態では、超音波式流量計測ユニットの計測流路を構成する流路本体を樹脂製の部材で形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、アルミニウムなどの金属製の部材で形成してもよく、金属製の部材に樹脂で被膜した部材を用いてもよい。

　また、上記各実施の形態では、計測流路ユニットとセンサユニットとの間に、超音波透過膜を配置した例で説明したが、これに限られない。例えば、超音波式流量計測ユニットまたはガス流量計において、性能上、超音波透過膜が必要とされない場合は、省略してもよい。これにより、構成を簡略にできるとともに、低コスト化が可能となる。

　また、上記各実施の形態で説明した、超音波式流量計測ユニット、計測流路ユニット、センサユニット、流路本体、第１側壁部、第２側壁部、天板部、底板部、計測流路、扁平流路、仕切板、超音波出入部、第１超音波出入部、第２超音波出入部、反射面、超音波透過膜、第１送受波器および第２送受波器などの形状や構成は、単に例示したものであり、特に、その形状や構成に限定されず、適宜変更が可能である。

　以上で説明したように、本発明の超音波式流量計測ユニットは、被計測流体が流れる断面が矩形の計測流路の一つの面に開口部を有する計測流路ユニットと、少なくとも被計測流体の流路方向に所定の距離をおいて配置した一対の超音波送受波器を有するセンサユニットと、を備え、計測流路ユニットの開口部を介してセンサユニットを一体的に設けて構成される。これにより、超音波式流量計測ユニットをセンサユニットと計測流路ユニットに分割して構成できるため、超音波が伝播する計測流路ユニット側において、被計測流体の流量を計測する条件設定を容易にできる。その結果、高精度な流量計測を可能とする超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本発明の超音波式流量計測ユニットは、センサユニットにおいて、一対の超音波送受波器の一方の超音波送受波器から送信された超音波信号が、センサユニットと対向する計測流路ユニットの計測流路内の反射面に反射して他方の超音波送受波器に受信されるまでの伝播時間に基づいて被計測流体の流量を演算する流量演算部を、さらに有する。これにより、センサユニットを小型化できるとともに、外乱などによる誤差要因などを排除できる。その結果、被計測流体の流量を、より高い精度で計測できる。

　また、本発明の超音波式流量計測ユニットは、計測流路ユニットの計測流路は、複数の仕切板で複数の流路に仕切られている。これにより、計測流路を複数の流路に分割して多層化し、被計測流体の流れの整流を図ることができる。その結果、超音波による被計測流体の流量の計測精度が向上した超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本発明の超音波式流量計測ユニットは、センサユニットにおいて、一対の超音波送受波器を所定の角度で保持する保持部を有する。これにより、超音波送受波器の配置位置などの設定を精度よく行うことができる。その結果、超音波による被計測流体の流量の計測精度が向上した超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本発明の超音波式流量計測ユニットは、計測流路ユニットの計測流路を構成する流路本体が、少なくとも個別の第１側壁部と、第２側壁部と、天板部と底板部とから構成されている。これにより、設計自由度が高く、汎用性に優れた超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本発明の超音波式流量計測ユニットは、第１側壁部に開口部を設け、開口部の周囲に、超音波透過膜を収納する収納凹部を有する。これにより、超音波透過膜を計測流路の内面に段差を有することなく設置して、段差で発生する計測流路内での流体の流れの乱れを防止できる。その結果、流体の流れが安定した状態で超音波の伝播時間を計測できるので、より高精度で流体の流量を計測できる超音波式流量計測ユニットを実現できる。

　また、本発明のガス流量計は、被計測流体を気密に収容する装置本体と、装置本体への被計測流体の入口部と、装置本体からの被計測流体の出口部と、請求項１に記載の超音波式流量計測ユニットと、を備え、超音波式流量計測ユニットの流入口は装置本体内に開放され、流出口は出口部に接続された構成を有する。これにより、装置本体内での超音波式流量計測ユニットの配置の自由度を高めることができる。その結果、コンパクトで汎用性に優れたガス流量計を実現できる。

　また、本発明のガス流量計は、入口部と出口部が、装置本体の同一面に配置され、超音波式流量計測ユニットを装置本体内の中央部に配置するとともに、超音波式流量計測ユニットの流出口と出口部とをＬ字状の接続部で接続する。これにより、装置本体の内部空間を有効に利用することができる。その結果、被計測流体を、均一な流れで超音波式流量計測ユニットへ導入できるので、より高い計測精度で被計測流体の流量を計測できる。

　また、本発明のガス流量計は、超音波式流量計測ユニットの計測流路の断面の長辺側が、被計測流体の流入方向と平行に配置された構成を有する。これにより、装置本体の内部空間から被計測流体の流れを乱すことなくスムーズに超音波式流量計測ユニットに導くことができる。その結果、より高い計測精度で被計測流体の流量を計測できる。

　また、本発明のガス流量計は、入口部に接続される遮断弁を、さらに内蔵し、遮断弁から装置本体へ被計測流体が流出する流出方向が、入口部への被計測流体の流入方向に対して垂直方向である。これにより、装置本体に流入する被計測流体の流れの方向性を緩和して、均一な流れで、被計測流体を直接、超音波式流量計測ユニットに流れ込ませることができる。その結果、高い計測精度で被計測流体の流量を計測するガス流量計を実現できる。

　本発明によれば、高い精度の被計測流体の流量の計測が要望される超音波式流量計測ユニットやそれを備えたガス流量計などの技術分野に有用である。

　１０　　超音波式流量計測ユニット
　１５，７０　　計測流路ユニット
　１６　　センサユニット
　１７，７１　　流路本体
　１７ａ，１７ｂ，２５　　開口部
　２１　　第１側壁部
　２１ａ　　裏面
　２２　　第２側壁部
　２３　　天板部
　２４　　底板部
　２６　　計測流路
　２７　　扁平流路
　２８　　仕切板
　３１　　超音波出入部
　３２　　第１超音波出入部
　３３　　第２超音波出入部
　３４　　超音波透過膜
　３５　　反射面
　４１　　センサ保持部
　４２　　第１送受波器（超音波送受波器）
　４３　　第２送受波器（超音波送受波器）
　４５　　第１センサパッキン
　４６　　第１センサ固定部材
　４７　　第２センサパッキン
　４８　　第２センサ固定部材
　４９　　流量演算部
　６０　　流体
　７２　　収納凹部
　１４０　　ガス流量計
　１４１　　装置本体
　１４１ａ　　上面
　１４１ｂ　　側壁
　１４２　　超音波式流量計測ユニット
　１４３　　入口パイプ（入口部）
　１４４　　出口パイプ（出口部）
　１４５　　遮断弁
　１４６　　接続部
　２００　　超音波流量計
　２０１，２０２　　超音波変換器
　２０３　　反射層
　２０４　　嵌め込み型センサユニット
　２０５　　流通管

Claims (10)

1. 被計測流体が流れる断面が矩形の計測流路の一つの面に開口部を有する計測流路ユニットと、少なくとも前記被計測流体の流路方向に所定の距離をおいて配置した一対の超音波送受波器を有するセンサユニットと、を備え、
   前記計測流路ユニットの前記開口部を介して前記センサユニットを一体的に設けた超音波式流量計測ユニット。
2. 前記センサユニットは、前記一対の超音波送受波器の一方の前記超音波送受波器から送信された超音波信号が、前記センサユニットと対向する前記計測流路ユニットの前記計測流路内の反射面に反射して他方の前記超音波送受波器に受信されるまでの伝播時間に基づいて前記被計測流体の流量を演算する流量演算部を、さらに有する請求項１に記載の超音波式流量計測ユニット。
3. 前記計測流路ユニットの前記計測流路は、複数の仕切板で複数の流路に仕切られている請求項１に記載の超音波式流量計測ユニット。
4. 前記センサユニットは、前記一対の超音波送受波器を所定の角度で保持する保持部を有する請求項１に記載の超音波式流量計測ユニット。
5. 前記計測流路ユニットの前記計測流路を構成する流路本体は、少なくとも個別の第１側壁部と、第２側壁部と、天板部と底板部とから構成されている請求項１に記載の超音波式流量計測ユニット。
6. 前記第１側壁部に開口部を設け、前記開口部の周囲に、超音波透過膜を収納する収納凹部を有する請求項５に記載の超音波式流量計測ユニット。
7. 被計測流体を気密に収容する装置本体と、
   前記装置本体への被計測流体の入口部と、
   前記装置本体からの被計測流体の出口部と、
   請求項１に記載の超音波式流量計測ユニットと、を備え、
   前記超音波式流量計測ユニットの流入口は前記装置本体内に開放され、流出口は前記出口部に接続されたガス流量計。
8. 前記入口部と前記出口部は、前記装置本体の同一面に配置され、
   前記超音波式流量計測ユニットを前記装置本体内の中央部に配置するとともに、前記超音波式流量計測ユニットの前記流出口と前記出口部とをＬ字状の接続部で接続する請求項７に記載のガス流量計。
9. 前記超音波式流量計測ユニットの計測流路の長手方向が、被計測流体の流入方向と平行に配置されている請求項７記載のガス流量計。
10. 前記入口部に接続される遮断弁を、さらに内蔵し、
    前記遮断弁から前記装置本体へ被計測流体が流出する流出方向が、前記入口部への被計測流体の流入方向に対して垂直方向である請求項７に記載のガス流量計。

Images