JP5113354B2

JP5113354B2 - 超音波流量計

Info

Publication number: JP5113354B2
Application number: JP2006200583A
Authority: JP
Inventors: 美明橋本
Original assignee: Tokyo Keiso Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiso Co Ltd
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-07-24
Also published as: JP2008026213A

Description

本発明は、超音波の伝播時間差方式により流量を測定する超音波流量計に関するものである。

従来、内径が例えば１０ｍｍ以下の小口径の管路における超音波流量計においては、その測定を精度良く実施することは困難とされている。

通常行われている図３に示すＺ式や、図４に示すＶ式の超音波伝達経路を用いた測定では、管路１の径が小さいと超音波送受信器２、３からの超音波が流体中を伝播する距離が短いため、流量測定の分解能が低い。

そこで、図５に示すように超音波送受信器２、３間の距離を長くすると、超音波が管路１の管壁で反射する回数が増えてしまい、得られる信号波形の強度が減衰し、ＳＮ比が小さなものとなってしまう。

これらの問題を解決し、波路長を長くするために超音波送受信器２、３の管路１に対する超音波送受信角度θを大きくして反射回数を減らすと、超音波の管路内への送信効率や管内からの受信効率が悪化する。

そこで、図６に示すようなコの字型の管路４、或いは図７に示すようなクランク型の管路５を用いて、両側に超音波送受信器２、３を配置し、この間の超音波伝播によって流量を測定することがある。

この型式の測定方式においては、管路４、５内への超音波の送受信効率が向上し、管路４、５の内壁による超音波の反射が少ないという利点はある。しかし、管路４、５には直角路があって、流体力学上の圧力損失が発生し易く、流体の滞留部が生じ、屈折部に沈殿物が堆積し易いなどの問題がある。

このような観点から、小口径の管路における超音波による流量測定においては、次の条件を備えることが好ましい。

（１）管路内での超音波送受信器における伝達時間の測定精度の分解能を高めるために、超音波の伝播距離を長くする。

（２）超音波の反射には減衰が伴うので、管壁での反射回数をできるだけ少なくする。

（３）反射を必要とする場合も、管路内での流体の反射における管壁外への透過波を少なくするために、管壁の法線に対し大きな反射角度を持たせる。

（４）管路での流体の圧力損失をできるだけ少なくする。

しかし、このような（１）〜（４）の条件を同時に満足させることは、従来のような直管路のみの管路だけでは実現が難しい。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、測定管に曲管路を用いた流量測定精度が高い超音波流量計を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量計の技術的特徴は、一端を開口端とし他端を閉塞部とした直管部を内部にそれぞれ形成した合成樹脂材から成る一対のブロック体を保持部材により所定間隔に保持し、円周の略１／４の長さを有する円弧状の曲管部により前記各ブロック体に設けた継手を介して前記直管部の開口端同士を接続し、前記直管部の閉塞部を介して超音波パルスを前記直管部の軸方向に向けて送受信する超音波送受信器を前記各ブロック体に取り付け、前記各ブロック体の直管部の閉塞部の近傍に、前記直管部に対し側方から一対の流体導管をそれぞれの管軸同士を一致させて前記ブロック体に設けた継手を介して接続し、一方の前記超音波送受信器から発した超音波パルスが前記一方のブロック体の直管部を経て前記曲管部内で反射し、他方の前記ブロック体の直管部を経て他方の前記超音波送受信器に到達するようにしたことにある。

本発明に係る超音波流量計によれば、測定管に曲管部を設け、圧力損失を少なくし、測定精度が向上する。また、流体導管を鉛直方向に向けて使用した場合には、流体中の沈殿物の堆積も少ない。

本発明を図１、図２に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１の超音波流量計の構成図を示し、中央に円弧状の曲管部１１を有する測定管１２の両管端部は直管部１３、１４とされている。曲管部１１は直管部１３、１４の開口端に接続され、直管部１３、１４の他端部は閉塞部１５、１６とされている。なお、曲管部１１の大きさは、円周の略１／４の大きさとされている。

閉塞部１５、１６には、第１、第２の超音波送受信器１７、１８がその送受信方向を直管部１３、１４の管軸方向に向けてそれぞれ取り付けられている。更に、直管部１３、１４には、側方から一対の流体導管１９、２０が接続され、これらの流体導管１９、２０の管軸同士は同一線上にある。

実際には、直管部１３、１４はそれぞれ合成樹脂材を射出成型したブロック体２１、２１’中に成型され、ブロック体２１、２１’にはそれぞれ曲管部１１に対する継手部、流体導管１９、２０に対する継手部、第１、第２の超音波送受信器１７、１８の取付部が形成されている。

そして、一方のブロック体２１の直管部１３に、曲管部１１の一端、流体導管１９が接続され、更に直管部１４の閉塞部１５を介して第１の超音波送受信器１７が取り付けられている。また、他方のブロック体２１’の直管部１４には、曲管部１１の他端、流体導管２０が接続され、更に直管部１５の閉塞部１６を介して第２の超音波送受信器１８が取り付けられ、ブロック体２１、２１’同士は例えば金属板２２により所定間隔に保持されている。

被測定流体は流体導管１９から直管部１３、曲管部１１を経て、直管部１４、流体導管２０に流れる。測定に際して、第１の超音波送受信器１７から発信された超音波パルスは、効率良く直管部１３、曲管部１１内に入射して、曲管部１１の内壁による反射点１１ａ、１１ｂにおいて反射して、直管部１４を経て第２の超音波送受信器１８に入射して、測定データとなる超音波信号が得られる。また、第２の超音波送受信器１８からの超音波パルスも同様に直管部１４、曲管部１１、直管部１３を経て第１の超音波送受信器１７に至る。

第１の超音波送受信器１７から第２の送受信器１８への超音波パルスの発信と、第２の送受信器１８から第１の送受信器１７への超音波パルスの発信は交互になされる。第１の送受信器１７から発信された超音波パルスが、曲管部１１の２個所の反射点１１ａ、１１ｂで反射されて第２の送受信器１８で受信するまでの時間は、超音波パルスが流体の進行に重畳するため、第２の送受信器１８から発信し曲管部１１での２回の反射を経て第１の送受信器１７に至る時間よりも、流速に相応して短くなっている。

これらの時間は図示しない測定回路により測定され、得られた時間差は被測定流体の流速に関係するので、この時間差によって流速が求まり、測定管１２の断面積を乗ずることによって測定流量が得られる。

実施例１においては、曲管部１１は円弧状としたが、図２に示すように測定管１２の曲管部１１’は略「く」の字状に屈曲されている。この実施例２においては超音波パルスは反射点１１ａ’で反射される。なお、この場合の屈曲角をさほど大きくしなければ、流体の圧力損失が大きく発生することはない。

本発明においては、先に解決しようとする課題で挙げた（１）〜（４）の条件を全て満足する超音波流量計が得られる。

実施例１の構成図である。実施例２の要部断面図である。Ｚ式の従来例の超音波流量計の構成図である。Ｖ式の従来例の超音波流量計の構成図である。送受信器間の距離を大きくした場合の従来例の超音波流量計の構成図である。コの字型の管路を用いた従来例の超音波流量計の構成図である。クランク型の管路を用いた従来例の超音波流量計の構成図である。

符号の説明

１１、１１’ 曲管部
１２測定管
１３、１４直管部
１５、１６閉塞部
１７、１８超音波送受信器
１９、２０流体導管

Claims

一端を開口端とし他端を閉塞部とした直管部を内部にそれぞれ形成した合成樹脂材から成る一対のブロック体を保持部材により所定間隔に保持し、円周の略１／４の長さを有する円弧状の曲管部により前記各ブロック体に設けた継手を介して前記直管部の開口端同士を接続し、前記直管部の閉塞部を介して超音波パルスを前記直管部の軸方向に向けて送受信する超音波送受信器を前記各ブロック体に取り付け、前記各ブロック体の直管部の閉塞部の近傍に、前記直管部に対し側方から一対の流体導管をそれぞれの管軸同士を一致させて前記ブロック体に設けた継手を介して接続し、一方の前記超音波送受信器から発した超音波パルスが前記一方のブロック体の直管部を経て前記曲管部内で反射し、他方の前記ブロック体の直管部を経て他方の前記超音波送受信器に到達するようにしたことを特徴とする超音波流量計。
前記曲管部の両管端部を直管とし、これらの直管を前記直管部の開口端に接続したことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
前記曲管部は「く」の字状としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計。
前記保持部材は金属製としたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の超音波流量計。