超音波式流体計測装置
【課題】超音波式流体計測装置において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制する。
【解決手段】使用温度範囲の下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとし、流路管１０と、第１取付管を介してまたは直接に流路管に固定され超音波を送波する超音波送波器と、第２取付管を介してまたは直接に流路管に固定され超音波を受波する超音波受波器とを備え、超音波送波器と超音波受波器との間にある、流路管または第１取付管または第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝１２が形成され、超音波の周波数をＮ、管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る。
【解決手段】使用温度範囲の下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとし、流路管１０と、第１取付管を介してまたは直接に流路管に固定され超音波を送波する超音波送波器と、第２取付管を介してまたは直接に流路管に固定され超音波を受波する超音波受波器とを備え、超音波送波器と超音波受波器との間にある、流路管または第１取付管または第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝１２が形成され、超音波の周波数をＮ、管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波式流体計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、流体の流れを音波を用いて計測する流量計を開示する。同流量計は、余分な振動伝搬を低減してＳ／Ｎよく送受信することで流量計測を高精度に行うことを目的とする。同流量計は、流体を配送する流路と、１対の振動検出手段を用いて振動が流体中を伝搬する伝播時間から流量を計測する流量計測手段と、流路に振動減衰手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３６０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波流量計測装置においては、超音波が送波器から直接流路管を通じて受波器へと振動が伝搬すると計測に支障を来たす。
【０００５】
本発明は、かかる課題に対応するものであり、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することが可能な、超音波式流体計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、超音波式流体計測装置において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制すべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００７】
超音波式流体計測装置において、超音波は、測定対象となる流体のみならず、流路管中をも伝播する。超音波の波長をλとして、流路管の表面（外面でも内面でもよい）にλ／４のピッチで溝を形成することにより、流路管中を伝播する超音波を減衰させることができる。これは、管を構成する固体の内部や表面近傍を伝搬してきた振動が溝を通過する際に、波長λの１／４毎に溝があると特にその波長成分を選択して減衰が大きくなるからである。
【０００８】
すなわち本発明の超音波式流体計測装置は、下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、流路管と、第１取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され超音波を送波する超音波送波器と、第２取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され前記超音波を受波する超音波受波器とを備え、前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝が形成され、前記超音波の周波数をＮ、前記管のうち前記溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る。
【０００９】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
上記超音波式流体計測装置は、前記軸方向におけるピッチが連続的に変化するように構成されていてもよい。
【００１１】
かかる構成では、温度の変化により超音波の波長が変動しても、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００１２】
上記超音波式流体計測装置は、Ｌ２および前記Ｌ１を定数値とするとき、前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ２となるように一対の溝が形成され、Ｌ２が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入り、かつ、Ｌ１≠Ｌ２を満たしてもよい。
【００１３】
かかる構成では、複数の異なる温度において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００１４】
上記超音波式流体計測装置において、前記溝の深さをＤとするとき、Ｄが、下限深さをλ２×（１／４）、上限深さをλ１×（１／４）とする所定の深さ範囲に入ってもよい。
【００１５】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をさらに効果的に抑制することができる。
【００１６】
上記超音波式流体計測装置において、前記溝の一部を覆うように、超音波吸収材料が配設されていてもよい。
【００１７】
かかる構成では、溝に捉えられた超音波を、超音波吸収材料で効率よく吸収し、あるいは減衰させることができる。よって、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超音波式流体計測装置によれば、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は第１実施形態の第１変形例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図３（ｃ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は第１実施形態の第２変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す平面図であり、図４（ｃ）は第１実施形態の第３変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は第３実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は第３実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【００２１】
図２（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【００２２】
なお、符号は本実施形態とその実施例との対応関係をあくまで例示するために付したに過ぎず、本実施形態の流体制御弁の構成が図１に限定されるものではない。以下、他の実施形態においても同様である。
【００２３】
図１および図２に例示されるように、第１実施形態の超音波式流体計測装置は、下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、流路管１０と、第１取付管２０を介してまたは直接に流路管１０に固定され超音波を送波する超音波送波器３０と、第２取付管４０を介してまたは直接に流路管１０に固定され超音波を受波する超音波受波器５０とを備え、超音波送波器３０と超音波受波器５０との間にある、流路管１０または第１取付管２０または第２取付管４０のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝１２が形成され、超音波の周波数をＮ、当該管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る。
【００２４】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００２５】
超音波送波器３０は超音波送受波器であってもよい。超音波受波器５０は超音波送受波器であってもよい。すなわち、超音波送波器３０および超音波受波器５０は特定の時点でそれぞれ送波器および受波器の機能を実現できるものであればよい。
【００２６】
ＬＴおよびＵＴは、超音波式流体計測装置（例えば、ガスメータ）が使用される環境によって異なりうる所定の温度範囲の下限値および上限値であり、具体的には例えば、設計上で予め定められる所定の温度範囲の下限値および上限値である。ＬＴおよびＵＴは、超音波式流体計測装置の法律上の規格等（例えば、ガスメータの法律上の規格等）によって予め定められる使用可能温度範囲の下限値および上限値であってもよい。具体的には例えば、ＬＴ＝摂氏−３０度、ＵＴ＝摂氏＋６０度、としうる。あるいは例えば、ＬＴ＝摂氏−２０度、ＵＴ＝摂氏＋５０度、としうる。あるいは例えば、ＬＴ＝摂氏−１０度、ＵＴ＝摂氏＋４５度、としうる。あるいは例えば、ＬＴ＝摂氏０度、ＵＴ＝摂氏＋４０度、としうる。
【００２７】
下限温度がＬＴであることの技術的意義は、温度がＬＴ以上であることを意味してもよいし、温度がＬＴより高いことを意味してもよい。上限温度がＵＴであることの技術的意義は、温度がＵＴ以下であることを意味してもよいし、温度がＵＴ未満であることを意味してもよい。すなわち、所定の温度範囲には、下限温度が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、所定の温度範囲には、上限温度が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
【００２８】
下限長がλ２×（１／４）であることの技術的意義は、Ｌ１がλ２×（１／４）以上であることを意味してもよいし、Ｌ１がλ２×（１／４）より長いことを意味してもよい。上限長がλ１×（１／４）であることの技術的意義は、Ｌ１がλ１×（１／４）以下であることを意味してもよいし、Ｌ１がλ１×（１／４）より短いことを意味してもよい。すなわち、所定の長さ範囲には、下限長が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、所定の長さ範囲には、上限長が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。以上の点は、後述するＬ２およびＤについても同様である。
【００２９】
ただし、下限温度がＬＴであることの技術的意義が、温度がＬＴ以上であることを意味する場合には、原則として、上限長がλ１×（１／４）であることの技術的意義は、Ｌ１がλ１×（１／４）以下であることを意味する。下限温度がＬＴであることの技術的意義が、温度がＬＴより高いことを意味する場合には、上限長がλ１×（１／４）であることの技術的意義は、原則として、Ｌ１がλ１×（１／４）より短いことを意味する。すなわち原則として、下限温度が所定の温度範囲に含まれる場合には、上限長は所定の長さ範囲に含まれ、下限温度が所定の温度範囲に含まれない場合には、上限長は所定の長さ範囲に含まれない。以上の点は、後述するＬ２およびＤについても同様である。
【００３０】
また、上限温度がＵＴであることの技術的意義が、温度がＵＴ以下であることを意味する場合には、下限長がλ２×（１／４）であることの技術的意義は、原則として、Ｌ１がλ２×（１／４）以上であることを意味する。上限温度がＵＴであることの技術的意義が、温度がＵＴ未満であることを意味する場合には、下限長がλ２×（１／４）であることの技術的意義は、原則として、Ｌ１がλ２×（１／４）より長いことを意味する。すなわち原則として、上限温度が所定の温度範囲に含まれる場合には、下限長は所定の長さ範囲に含まれ、上限温度が所定の温度範囲に含まれない場合には、下限長は所定の長さ範囲に含まれない。以上の点は、後述するＬ２およびＤについても同様である。
【００３１】
溝の軸方向におけるピッチは、１対の溝のいずれかの部位において上記範囲に入っている構成であってもよいが、１対の溝の全部の部位において上記範囲に入っている構成であることが好ましい。
【００３２】
超音波送波器３０と超音波受波器５０との間にある、流路管１０または第１取付管２０または第２取付管４０とは、超音波送波器３０から管壁に伝達された超音波が管壁中を伝播して超音波受波器５０に到達するまでの経路に存在する管のことを指す。
【００３３】
溝１２は、例えば、図１（ｂ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２０および第２取付管４０に加え、第１取付管２０および第２取付管４０の基部のうち、互いに最も遠い端同士を結ぶ流路管１０（図中、破線２２と破線４２との間の流路管１０）のいずれかに形成されるのが好ましい。
【００３４】
溝１２は、例えば、図１（ｃ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２０および第２取付管４０の基部のうち、互いに最も近い端同士を結ぶ流路管１０（図中、破線２４と破線４４との間の流路管１０）に形成されるのが最も好ましい。
【００３５】
溝１２は、流路管１０に設けられず、第１取付管２０および第２取付管４０の両方にのみ、あるいはいずれか少なくとも一方にのみ設けられていてもよい。
【００３６】
溝１２は、図２（ａ）に示すように、管の全周を周回するように形成されるのが好ましいが、管の周の一部にのみ形成されていてもよい。
【００３７】
溝１２は、管の外壁に形成されるのが好適であるが、管の内壁に形成されていてもよい。
【００３８】
管の軸方向におけるピッチとは、図２（ｂ）にＬ１として示すように、管の軸方向（図では左右方向）に沿って、溝の一方の側（図では左側）の端から他の溝の同じ側（図では左側）の端までの長さを指す。
【００３９】
超音波の周波数をＮとは、超音波式流体計測装置において計測に用いられる超音波の周波数である。具体的には例えば、超音波送波器３０が発信し、超音波受波器５０が受信する超音波の周波数を指す。
【００４０】
流路管１０と第１取付管２０と第２取付管４０とは、全部が単一の材料で構成されていてもよいし、一部分が他の部分と異なる材料で構成されていてもよい。管を構成する材料としては、例えば、ポリスチレンなどが好適に利用できる。
【００４１】
また、樹脂の場合は内部に含有するガラス成分により速度は変化するが、ＬＰＣ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、エポキシ樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）、フェノール樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）なども有用である。これらの耐ガス性が高い材料を選定すると用途は広くなる。
【００４２】
摂氏−３０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長（λ１）および、摂氏＋６０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長（λ２）の具体例としては、例えば、Ｎ＝１．４６ＭＨｚｚで、管材料がポリスチレンの場合、λ１＝１．６９ｍｍ、λ２＝１．５１ｍｍである。よって、摂氏−３０度以上摂氏＋６０度以下の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置の場合において、一対の溝につき、管の軸方向におけるピッチＬ１の範囲としては、管材料がポリスチレンの場合、０．３８ｍｍ≦Ｌ１≦０．４２ｍｍである。
【００４３】
溝１２を形成する方法は特に限定されず、例えば、金型成形、エッチングなどの方法が採用しうる。
【００４４】
第１取付管２０および第２取付管４０は設けられなくてもよい。即ち、超音波送波器３０および超音波受波器５０は流路管１０に直接取り付けられてもよい。
【００４５】
また、くさびを用いた管外式の計測においても利用できることは明らかである。
【００４６】
［実施例］
以下、図１および図２を参照しつつ、第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置１００について詳細に説明する。
【００４７】
超音波式流体計測装置１００は、摂氏−３０度以上摂氏＋６０度以下の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、略矩形の断面を有する流路管１０を備える。流路管１０は、図１において左から右へと流体を通流させるように流路を構成する。流路管１０のある面には、該流路から分岐するように第１取付管２０と第２取付管４０とが、流路管１０のなす流路の主軸と所定の角度をなして延びるように形成されている。該流路を流れる流体の流れ方向と第１取付管２０の主軸とがなす角度は、該流れ方向の逆方向と第２取付管４０の主軸とがなす角度と等しくなっている。換言すれば、第１取付管２０と第２取付管４０とは、流体の流れる方向と垂直な平面に対して面対称となるように形成される。流路管１０と第１取付管２０および第２取付管４０の一端とは、その内部が連通している。第１取付管２０の他端の開口部には超音波送波器３０が設けられている。第２取付管４０の他端の開口部には超音波受波器５０が設けられている。
【００４８】
超音波送波器３０および超音波受波器５０はそれぞれ、超音波の送受波面が取付管の内部を向くように取り付けられている。超音波送波器３０から発信された超音波は、流路管１０が形成する流路の内部を通流する流体中を伝播し、流路管１０の内壁のうち、第１取付管２０およｂ第２取付管４０が設けられている面と反対側の面で反射して、超音波受波器５０に到達する。流体の流速に応じて超音波の到達時間が変化する。該変化に基づいて、流体の流速あるいは流量等が計測される。計測の具体的方法については、周知の方法を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００４９】
流路管１０を構成する材料は、ポリスチレンである。本実施例では、Ｌ１の好適な例として、摂氏２３度における超音波（Ｎ＝１．４６ＭＨｚ）の波長（１．５８ｍｍ）に基づいて、Ｌ１＝０．４０ｍｍとされる。
【００５０】
本実施例において溝１２の幅（０．１ｍｍ）およびピッチ（０．４ｍｍ）は一定であり、流路管１０の外壁において、流路管１０の主軸に垂直な平面と平行に、流路管１０の全周にわたって形成される。溝１２が形成される位置は、図１（ｃ）の塗りつぶし部分である。
【００５１】
本実施例においては、２本の溝１２の幅および深さは互いに等しく一定である。
【００５２】
［第１変形例］
図３（ａ）は第１実施形態の第１変形例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図３（ｃ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【００５３】
図３に例示されるように、本変形例の超音波式流体計測装置は、摂氏−３０度以上摂氏＋６０度以下の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、流路管１１と、第１取付管２１を介してまたは直接に流路管１１に固定され超音波を送波する超音波送波器３１と、第２取付管４１を介してまたは直接に流路管１１に固定され超音波を受波する超音波受波器５１とを備え、超音波送波器３１と超音波受波器５１との間にある、流路管１１または第１取付管２１または第２取付管４１のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝が形成され、超音波の周波数をＮ、当該管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、摂氏−３０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、摂氏＋６０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、λ２×（１／４）≦Ｌ１≦λ１×（１／４）を満たす。
【００５４】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００５５】
溝は、例えば、図３（ｂ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２１および第２取付管４１に加え、第１取付管２１および第２取付管４１の基部のうち、互いに最も遠い端同士を結ぶ流路管１１（図中、破線２３と破線４３との間の流路管１１）のいずれかに形成されるのが好ましい。
【００５６】
溝は、例えば、図１（ｃ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２１および第２取付管４１の両方、あるいはいずれか一方に設けられるのが最も好ましい。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、第１変形例の超音波式流体計測装置２００は、略矩形の断面を有する流路管１１を備える点、および、流路管１１が、図３において左から右へと流体の通流させるように流路を構成する点では、超音波式流体計測装置１００と共通する。しかし、２つの取付管が、同一の面ではなく、それぞれが互いに異なる、互いに対向する２つの面の一方において、流路管１１のなす流路の主軸と所定の角度をなして延びるように形成されている点で異なっている。
【００５８】
第１取付管２１と第２取付管４１とは、流路管１１の主軸と所定の鋭角に交差する直線上に、かつ、流路管１１がなす流路を挟んで互いに対向するように、設けられる。
【００５９】
超音波送波器３１および超音波受波器５１はそれぞれ、超音波の送受波面が取付管の内部を向くように取り付けられている。超音波送波器３１から発信された超音波は、流路管１１が形成する流路の内部を通流する流体中を伝播し、対向する超音波受波器５１に到達する。流体の流速に応じて超音波の到達時間が変化する。該変化に基づいて、流体の流速あるいは流量等が計測される。計測の具体的方法については、周知の方法を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００６０】
本変形例における、流路管１１の大きさ、管壁の厚み、管を構成する材料、溝のピッチや幅、溝の形態等は実施例と同様としうるので詳細な説明は省略する。
【００６１】
［第２変形例および第３変形例］
図４（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる実施例の超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す展開図であり、図４（ｂ）は第１実施形態の第２変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す展開図であり、図４（ｃ）は第１実施形態の第３変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す展開図である。ここで、展開図とは流路管において主軸に垂直な方向の一端を主軸に平行な面で切って開いた状態を図示するものである。図４のぞれぞれの図において、上端の線と下端の線とは復元された流路管において一致する。
【００６２】
図４（ａ）に例示するように、第１実施形態の実施例の超音波式流体計測装置１００では、溝が設けられた管の軸方向における一対の溝のピッチは一定である。
【００６３】
図４（ｂ）に例示するように、第２変形例にかかる超音波式流体計測装置においては、溝１３が設けられた管の軸方向における溝１３のピッチが連続的に変化するように構成されている。
【００６４】
溝１３のピッチが連続的に変化する態様は、特に限定されない。例えば、図４（ｂ）に例示するように、ピッチが最小値をＬｍｉｎ、最大値をＬｍａｘとして、Ｌｍｉｎ以上Ｌｍａｘ以下の間で、連続的に一往復だけ変化するように構成してもよい。変化のパターンは、例えば、周方向に沿って正弦波を描くように設定することができる。
【００６５】
第２変形例においては、溝１２が、ピッチが連続的に変化する溝１３に置換されている点を除けば、第１実施形態およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、共通する部分については詳細な説明を省略する。第２変形例を第１変形例に適用することも可能である。
【００６６】
第２変形例の構成によれば、所定の温度範囲において連続的に変化する波長に応じて、対応するピッチを有する部分が存在する。よって、所定の温度範囲にわたり、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００６７】
図４（ｃ）に例示するように、第３変形例にかかる超音波式流体計測装置においては、溝の一部を覆うように、超音波吸収材料１５が配設されている。超音波吸収材料としては、超音波を吸収あるいは減衰させやすい、多孔質材料（発泡系高分子等）が好適に採用される。具体例としては、例えば、発泡ウレタン、発泡ポリイミド、発泡シリコンなどが好適に用いられうる。また、シリコーンを主材料とした振動吸収ゲルなどのやわらかい材質のものでも超音波を吸収することが可能である。
【００６８】
第３変形例においては、超音波吸収材料１５が設けられている点を除けば、第１実施形態およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、共通する部分については詳細な説明を省略する。第３変形例を第１変形例あるいは第２変形例に適用することも可能である。第３変形例を、第１変形例と第２変形例の組み合わせに適用することも可能である。
【００６９】
第３変形例の構成によれば、溝に捉えられた超音波を、超音波吸収材料で効率よく吸収し、あるいは減衰させることができる。よって、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００７０】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【００７１】
第２実施形態の超音波式流体計測装置は、流路管１０に形成される溝１２の深さが所定の値に設定されている点を除けば、第１実施形態の超音波式流体計測装置およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、第１実施形態と第２実施形態とで共通する部分については詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の変形例についても、それぞれ第２実施形態に適用可能である。
【００７２】
図５に例示するように、第２実施形態の超音波式流体計測装置は、下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、超音波の周波数をＮ、当該管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とし、溝１２の深さをＤとするとき、Ｄが、下限深さをλ２×（１／４）、上限深さをλ１×（１／４）とする所定の深さ範囲に入る。
【００７３】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をさらに効果的に抑制することができる。
【００７４】
（第３実施形態）
図６（ａ）は第３実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は第３実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【００７５】
第３実施形態の超音波式流体計測装置は、流路管１０において、溝の構成を除けば、第１実施形態の超音波式流体計測装置およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、第１実施形態と第３実施形態とで共通する部分については詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の変形例についても、それぞれ第３実施形態に適用可能である。第３実施形態を第２実施形態およびその変形例に適用することも可能である。
【００７６】
図６（ａ）に例示するように、第３実施形態の超音波式流体計測装置では、Ｌ２およびＬ１を定数値とするとき、超音波送波器３０と超音波受波器５０との間にある、流路管１０または第１取付管２０または第２取付管４０のいずれかに、第１実施形態で述べた溝１３に加え、当該管の軸方向におけるピッチがＬ２となるように一対の溝１４が形成され、Ｌ２が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入り、かつ、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。
【００７７】
かかる構成では、異なるピッチで対をなす溝が形成されているため、複数の異なる温度において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００７８】
図６（ａ）に例示するように、第３実施形態の実施例の超音波式流体計測装置では、Ｌ１のピッチを有する一対の溝１２と、Ｌ２のピッチを有する一対の溝１４とは、それぞれ重複せずに別個に設けられている。
【００７９】
一方、図６（ｂ）に例示するように、第３実施形態の変形例の超音波式流体計測装置では、Ｌ１のピッチを有する一対の溝１２と、Ｌ２のピッチを有する一対の溝１３とは、一方が重複している。すなわち、図６（ｂ）において、一対の溝１２のうち右側の溝と、一対の溝１３のうち左側の溝とは同一である。
【００８０】
かかる構成でも図６（ａ）の構成と同様の効果が得られる。
【００８１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の超音波式流体計測装置は、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる超音波式流体計測装置として有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 流路管
１１ 流路管
１２ 溝
１３ 溝
１４ 溝
１５ 超音波吸収材料
２０ 第１取付管
２１ 第１取付管
２２ 破線
２３ 破線
２４ 破線
３０ 超音波送波器
３１ 超音波送波器
４０ 第２取付管
４１ 第２取付管
４２ 破線
４３ 破線
４４ 破線
５０ 超音波受波器
５１ 超音波受波器
１００ 超音波式流体計測装置
２００ 超音波式流体計測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波式流体計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、流体の流れを音波を用いて計測する流量計を開示する。同流量計は、余分な振動伝搬を低減してＳ／Ｎよく送受信することで流量計測を高精度に行うことを目的とする。同流量計は、流体を配送する流路と、１対の振動検出手段を用いて振動が流体中を伝搬する伝播時間から流量を計測する流量計測手段と、流路に振動減衰手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３６０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波流量計測装置においては、超音波が送波器から直接流路管を通じて受波器へと振動が伝搬すると計測に支障を来たす。
【０００５】
本発明は、かかる課題に対応するものであり、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することが可能な、超音波式流体計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、超音波式流体計測装置において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制すべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００７】
超音波式流体計測装置において、超音波は、測定対象となる流体のみならず、流路管中をも伝播する。超音波の波長をλとして、流路管の表面（外面でも内面でもよい）にλ／４のピッチで溝を形成することにより、流路管中を伝播する超音波を減衰させることができる。これは、管を構成する固体の内部や表面近傍を伝搬してきた振動が溝を通過する際に、波長λの１／４毎に溝があると特にその波長成分を選択して減衰が大きくなるからである。
【０００８】
すなわち本発明の超音波式流体計測装置は、下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、流路管と、第１取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され超音波を送波する超音波送波器と、第２取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され前記超音波を受波する超音波受波器とを備え、前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝が形成され、前記超音波の周波数をＮ、前記管のうち前記溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る。
【０００９】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
上記超音波式流体計測装置は、前記軸方向におけるピッチが連続的に変化するように構成されていてもよい。
【００１１】
かかる構成では、温度の変化により超音波の波長が変動しても、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００１２】
上記超音波式流体計測装置は、Ｌ２および前記Ｌ１を定数値とするとき、前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ２となるように一対の溝が形成され、Ｌ２が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入り、かつ、Ｌ１≠Ｌ２を満たしてもよい。
【００１３】
かかる構成では、複数の異なる温度において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００１４】
上記超音波式流体計測装置において、前記溝の深さをＤとするとき、Ｄが、下限深さをλ２×（１／４）、上限深さをλ１×（１／４）とする所定の深さ範囲に入ってもよい。
【００１５】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をさらに効果的に抑制することができる。
【００１６】
上記超音波式流体計測装置において、前記溝の一部を覆うように、超音波吸収材料が配設されていてもよい。
【００１７】
かかる構成では、溝に捉えられた超音波を、超音波吸収材料で効率よく吸収し、あるいは減衰させることができる。よって、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超音波式流体計測装置によれば、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は第１実施形態の第１変形例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図３（ｃ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は第１実施形態の第２変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す平面図であり、図４（ｃ）は第１実施形態の第３変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は第３実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は第３実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【００２１】
図２（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【００２２】
なお、符号は本実施形態とその実施例との対応関係をあくまで例示するために付したに過ぎず、本実施形態の流体制御弁の構成が図１に限定されるものではない。以下、他の実施形態においても同様である。
【００２３】
図１および図２に例示されるように、第１実施形態の超音波式流体計測装置は、下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、流路管１０と、第１取付管２０を介してまたは直接に流路管１０に固定され超音波を送波する超音波送波器３０と、第２取付管４０を介してまたは直接に流路管１０に固定され超音波を受波する超音波受波器５０とを備え、超音波送波器３０と超音波受波器５０との間にある、流路管１０または第１取付管２０または第２取付管４０のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝１２が形成され、超音波の周波数をＮ、当該管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る。
【００２４】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００２５】
超音波送波器３０は超音波送受波器であってもよい。超音波受波器５０は超音波送受波器であってもよい。すなわち、超音波送波器３０および超音波受波器５０は特定の時点でそれぞれ送波器および受波器の機能を実現できるものであればよい。
【００２６】
ＬＴおよびＵＴは、超音波式流体計測装置（例えば、ガスメータ）が使用される環境によって異なりうる所定の温度範囲の下限値および上限値であり、具体的には例えば、設計上で予め定められる所定の温度範囲の下限値および上限値である。ＬＴおよびＵＴは、超音波式流体計測装置の法律上の規格等（例えば、ガスメータの法律上の規格等）によって予め定められる使用可能温度範囲の下限値および上限値であってもよい。具体的には例えば、ＬＴ＝摂氏−３０度、ＵＴ＝摂氏＋６０度、としうる。あるいは例えば、ＬＴ＝摂氏−２０度、ＵＴ＝摂氏＋５０度、としうる。あるいは例えば、ＬＴ＝摂氏−１０度、ＵＴ＝摂氏＋４５度、としうる。あるいは例えば、ＬＴ＝摂氏０度、ＵＴ＝摂氏＋４０度、としうる。
【００２７】
下限温度がＬＴであることの技術的意義は、温度がＬＴ以上であることを意味してもよいし、温度がＬＴより高いことを意味してもよい。上限温度がＵＴであることの技術的意義は、温度がＵＴ以下であることを意味してもよいし、温度がＵＴ未満であることを意味してもよい。すなわち、所定の温度範囲には、下限温度が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、所定の温度範囲には、上限温度が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
【００２８】
下限長がλ２×（１／４）であることの技術的意義は、Ｌ１がλ２×（１／４）以上であることを意味してもよいし、Ｌ１がλ２×（１／４）より長いことを意味してもよい。上限長がλ１×（１／４）であることの技術的意義は、Ｌ１がλ１×（１／４）以下であることを意味してもよいし、Ｌ１がλ１×（１／４）より短いことを意味してもよい。すなわち、所定の長さ範囲には、下限長が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。また、所定の長さ範囲には、上限長が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。以上の点は、後述するＬ２およびＤについても同様である。
【００２９】
ただし、下限温度がＬＴであることの技術的意義が、温度がＬＴ以上であることを意味する場合には、原則として、上限長がλ１×（１／４）であることの技術的意義は、Ｌ１がλ１×（１／４）以下であることを意味する。下限温度がＬＴであることの技術的意義が、温度がＬＴより高いことを意味する場合には、上限長がλ１×（１／４）であることの技術的意義は、原則として、Ｌ１がλ１×（１／４）より短いことを意味する。すなわち原則として、下限温度が所定の温度範囲に含まれる場合には、上限長は所定の長さ範囲に含まれ、下限温度が所定の温度範囲に含まれない場合には、上限長は所定の長さ範囲に含まれない。以上の点は、後述するＬ２およびＤについても同様である。
【００３０】
また、上限温度がＵＴであることの技術的意義が、温度がＵＴ以下であることを意味する場合には、下限長がλ２×（１／４）であることの技術的意義は、原則として、Ｌ１がλ２×（１／４）以上であることを意味する。上限温度がＵＴであることの技術的意義が、温度がＵＴ未満であることを意味する場合には、下限長がλ２×（１／４）であることの技術的意義は、原則として、Ｌ１がλ２×（１／４）より長いことを意味する。すなわち原則として、上限温度が所定の温度範囲に含まれる場合には、下限長は所定の長さ範囲に含まれ、上限温度が所定の温度範囲に含まれない場合には、下限長は所定の長さ範囲に含まれない。以上の点は、後述するＬ２およびＤについても同様である。
【００３１】
溝の軸方向におけるピッチは、１対の溝のいずれかの部位において上記範囲に入っている構成であってもよいが、１対の溝の全部の部位において上記範囲に入っている構成であることが好ましい。
【００３２】
超音波送波器３０と超音波受波器５０との間にある、流路管１０または第１取付管２０または第２取付管４０とは、超音波送波器３０から管壁に伝達された超音波が管壁中を伝播して超音波受波器５０に到達するまでの経路に存在する管のことを指す。
【００３３】
溝１２は、例えば、図１（ｂ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２０および第２取付管４０に加え、第１取付管２０および第２取付管４０の基部のうち、互いに最も遠い端同士を結ぶ流路管１０（図中、破線２２と破線４２との間の流路管１０）のいずれかに形成されるのが好ましい。
【００３４】
溝１２は、例えば、図１（ｃ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２０および第２取付管４０の基部のうち、互いに最も近い端同士を結ぶ流路管１０（図中、破線２４と破線４４との間の流路管１０）に形成されるのが最も好ましい。
【００３５】
溝１２は、流路管１０に設けられず、第１取付管２０および第２取付管４０の両方にのみ、あるいはいずれか少なくとも一方にのみ設けられていてもよい。
【００３６】
溝１２は、図２（ａ）に示すように、管の全周を周回するように形成されるのが好ましいが、管の周の一部にのみ形成されていてもよい。
【００３７】
溝１２は、管の外壁に形成されるのが好適であるが、管の内壁に形成されていてもよい。
【００３８】
管の軸方向におけるピッチとは、図２（ｂ）にＬ１として示すように、管の軸方向（図では左右方向）に沿って、溝の一方の側（図では左側）の端から他の溝の同じ側（図では左側）の端までの長さを指す。
【００３９】
超音波の周波数をＮとは、超音波式流体計測装置において計測に用いられる超音波の周波数である。具体的には例えば、超音波送波器３０が発信し、超音波受波器５０が受信する超音波の周波数を指す。
【００４０】
流路管１０と第１取付管２０と第２取付管４０とは、全部が単一の材料で構成されていてもよいし、一部分が他の部分と異なる材料で構成されていてもよい。管を構成する材料としては、例えば、ポリスチレンなどが好適に利用できる。
【００４１】
また、樹脂の場合は内部に含有するガラス成分により速度は変化するが、ＬＰＣ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、エポキシ樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）、フェノール樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）なども有用である。これらの耐ガス性が高い材料を選定すると用途は広くなる。
【００４２】
摂氏−３０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長（λ１）および、摂氏＋６０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長（λ２）の具体例としては、例えば、Ｎ＝１．４６ＭＨｚｚで、管材料がポリスチレンの場合、λ１＝１．６９ｍｍ、λ２＝１．５１ｍｍである。よって、摂氏−３０度以上摂氏＋６０度以下の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置の場合において、一対の溝につき、管の軸方向におけるピッチＬ１の範囲としては、管材料がポリスチレンの場合、０．３８ｍｍ≦Ｌ１≦０．４２ｍｍである。
【００４３】
溝１２を形成する方法は特に限定されず、例えば、金型成形、エッチングなどの方法が採用しうる。
【００４４】
第１取付管２０および第２取付管４０は設けられなくてもよい。即ち、超音波送波器３０および超音波受波器５０は流路管１０に直接取り付けられてもよい。
【００４５】
また、くさびを用いた管外式の計測においても利用できることは明らかである。
【００４６】
［実施例］
以下、図１および図２を参照しつつ、第１実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置１００について詳細に説明する。
【００４７】
超音波式流体計測装置１００は、摂氏−３０度以上摂氏＋６０度以下の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、略矩形の断面を有する流路管１０を備える。流路管１０は、図１において左から右へと流体を通流させるように流路を構成する。流路管１０のある面には、該流路から分岐するように第１取付管２０と第２取付管４０とが、流路管１０のなす流路の主軸と所定の角度をなして延びるように形成されている。該流路を流れる流体の流れ方向と第１取付管２０の主軸とがなす角度は、該流れ方向の逆方向と第２取付管４０の主軸とがなす角度と等しくなっている。換言すれば、第１取付管２０と第２取付管４０とは、流体の流れる方向と垂直な平面に対して面対称となるように形成される。流路管１０と第１取付管２０および第２取付管４０の一端とは、その内部が連通している。第１取付管２０の他端の開口部には超音波送波器３０が設けられている。第２取付管４０の他端の開口部には超音波受波器５０が設けられている。
【００４８】
超音波送波器３０および超音波受波器５０はそれぞれ、超音波の送受波面が取付管の内部を向くように取り付けられている。超音波送波器３０から発信された超音波は、流路管１０が形成する流路の内部を通流する流体中を伝播し、流路管１０の内壁のうち、第１取付管２０およｂ第２取付管４０が設けられている面と反対側の面で反射して、超音波受波器５０に到達する。流体の流速に応じて超音波の到達時間が変化する。該変化に基づいて、流体の流速あるいは流量等が計測される。計測の具体的方法については、周知の方法を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００４９】
流路管１０を構成する材料は、ポリスチレンである。本実施例では、Ｌ１の好適な例として、摂氏２３度における超音波（Ｎ＝１．４６ＭＨｚ）の波長（１．５８ｍｍ）に基づいて、Ｌ１＝０．４０ｍｍとされる。
【００５０】
本実施例において溝１２の幅（０．１ｍｍ）およびピッチ（０．４ｍｍ）は一定であり、流路管１０の外壁において、流路管１０の主軸に垂直な平面と平行に、流路管１０の全周にわたって形成される。溝１２が形成される位置は、図１（ｃ）の塗りつぶし部分である。
【００５１】
本実施例においては、２本の溝１２の幅および深さは互いに等しく一定である。
【００５２】
［第１変形例］
図３（ａ）は第１実施形態の第１変形例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の一例を示す断面図であり、図３（ｃ）は第１実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が設けられる部位の他の例を示す断面図である。
【００５３】
図３に例示されるように、本変形例の超音波式流体計測装置は、摂氏−３０度以上摂氏＋６０度以下の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、流路管１１と、第１取付管２１を介してまたは直接に流路管１１に固定され超音波を送波する超音波送波器３１と、第２取付管４１を介してまたは直接に流路管１１に固定され超音波を受波する超音波受波器５１とを備え、超音波送波器３１と超音波受波器５１との間にある、流路管１１または第１取付管２１または第２取付管４１のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝が形成され、超音波の周波数をＮ、当該管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、摂氏−３０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、摂氏＋６０度における管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、λ２×（１／４）≦Ｌ１≦λ１×（１／４）を満たす。
【００５４】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００５５】
溝は、例えば、図３（ｂ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２１および第２取付管４１に加え、第１取付管２１および第２取付管４１の基部のうち、互いに最も遠い端同士を結ぶ流路管１１（図中、破線２３と破線４３との間の流路管１１）のいずれかに形成されるのが好ましい。
【００５６】
溝は、例えば、図１（ｃ）に塗りつぶし部分として示すように、第１取付管２１および第２取付管４１の両方、あるいはいずれか一方に設けられるのが最も好ましい。
【００５７】
図３（ａ）に示すように、第１変形例の超音波式流体計測装置２００は、略矩形の断面を有する流路管１１を備える点、および、流路管１１が、図３において左から右へと流体の通流させるように流路を構成する点では、超音波式流体計測装置１００と共通する。しかし、２つの取付管が、同一の面ではなく、それぞれが互いに異なる、互いに対向する２つの面の一方において、流路管１１のなす流路の主軸と所定の角度をなして延びるように形成されている点で異なっている。
【００５８】
第１取付管２１と第２取付管４１とは、流路管１１の主軸と所定の鋭角に交差する直線上に、かつ、流路管１１がなす流路を挟んで互いに対向するように、設けられる。
【００５９】
超音波送波器３１および超音波受波器５１はそれぞれ、超音波の送受波面が取付管の内部を向くように取り付けられている。超音波送波器３１から発信された超音波は、流路管１１が形成する流路の内部を通流する流体中を伝播し、対向する超音波受波器５１に到達する。流体の流速に応じて超音波の到達時間が変化する。該変化に基づいて、流体の流速あるいは流量等が計測される。計測の具体的方法については、周知の方法を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００６０】
本変形例における、流路管１１の大きさ、管壁の厚み、管を構成する材料、溝のピッチや幅、溝の形態等は実施例と同様としうるので詳細な説明は省略する。
【００６１】
［第２変形例および第３変形例］
図４（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる実施例の超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す展開図であり、図４（ｂ）は第１実施形態の第２変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す展開図であり、図４（ｃ）は第１実施形態の第３変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す展開図である。ここで、展開図とは流路管において主軸に垂直な方向の一端を主軸に平行な面で切って開いた状態を図示するものである。図４のぞれぞれの図において、上端の線と下端の線とは復元された流路管において一致する。
【００６２】
図４（ａ）に例示するように、第１実施形態の実施例の超音波式流体計測装置１００では、溝が設けられた管の軸方向における一対の溝のピッチは一定である。
【００６３】
図４（ｂ）に例示するように、第２変形例にかかる超音波式流体計測装置においては、溝１３が設けられた管の軸方向における溝１３のピッチが連続的に変化するように構成されている。
【００６４】
溝１３のピッチが連続的に変化する態様は、特に限定されない。例えば、図４（ｂ）に例示するように、ピッチが最小値をＬｍｉｎ、最大値をＬｍａｘとして、Ｌｍｉｎ以上Ｌｍａｘ以下の間で、連続的に一往復だけ変化するように構成してもよい。変化のパターンは、例えば、周方向に沿って正弦波を描くように設定することができる。
【００６５】
第２変形例においては、溝１２が、ピッチが連続的に変化する溝１３に置換されている点を除けば、第１実施形態およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、共通する部分については詳細な説明を省略する。第２変形例を第１変形例に適用することも可能である。
【００６６】
第２変形例の構成によれば、所定の温度範囲において連続的に変化する波長に応じて、対応するピッチを有する部分が存在する。よって、所定の温度範囲にわたり、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００６７】
図４（ｃ）に例示するように、第３変形例にかかる超音波式流体計測装置においては、溝の一部を覆うように、超音波吸収材料１５が配設されている。超音波吸収材料としては、超音波を吸収あるいは減衰させやすい、多孔質材料（発泡系高分子等）が好適に採用される。具体例としては、例えば、発泡ウレタン、発泡ポリイミド、発泡シリコンなどが好適に用いられうる。また、シリコーンを主材料とした振動吸収ゲルなどのやわらかい材質のものでも超音波を吸収することが可能である。
【００６８】
第３変形例においては、超音波吸収材料１５が設けられている点を除けば、第１実施形態およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、共通する部分については詳細な説明を省略する。第３変形例を第１変形例あるいは第２変形例に適用することも可能である。第３変形例を、第１変形例と第２変形例の組み合わせに適用することも可能である。
【００６９】
第３変形例の構成によれば、溝に捉えられた超音波を、超音波吸収材料で効率よく吸収し、あるいは減衰させることができる。よって、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる。
【００７０】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【００７１】
第２実施形態の超音波式流体計測装置は、流路管１０に形成される溝１２の深さが所定の値に設定されている点を除けば、第１実施形態の超音波式流体計測装置およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、第１実施形態と第２実施形態とで共通する部分については詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の変形例についても、それぞれ第２実施形態に適用可能である。
【００７２】
図５に例示するように、第２実施形態の超音波式流体計測装置は、下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、超音波の周波数をＮ、当該管のうち溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とし、溝１２の深さをＤとするとき、Ｄが、下限深さをλ２×（１／４）、上限深さをλ１×（１／４）とする所定の深さ範囲に入る。
【００７３】
かかる構成では、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をさらに効果的に抑制することができる。
【００７４】
（第３実施形態）
図６（ａ）は第３実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は第３実施形態の変形例にかかる超音波式流体計測装置において溝が形成される態様の一例を示す断面図である。
【００７５】
第３実施形態の超音波式流体計測装置は、流路管１０において、溝の構成を除けば、第１実施形態の超音波式流体計測装置およびその実施例について上述したのと同様の構成とすることができる。よって、第１実施形態と第３実施形態とで共通する部分については詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の変形例についても、それぞれ第３実施形態に適用可能である。第３実施形態を第２実施形態およびその変形例に適用することも可能である。
【００７６】
図６（ａ）に例示するように、第３実施形態の超音波式流体計測装置では、Ｌ２およびＬ１を定数値とするとき、超音波送波器３０と超音波受波器５０との間にある、流路管１０または第１取付管２０または第２取付管４０のいずれかに、第１実施形態で述べた溝１３に加え、当該管の軸方向におけるピッチがＬ２となるように一対の溝１４が形成され、Ｌ２が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入り、かつ、Ｌ１≠Ｌ２を満たす。
【００７７】
かかる構成では、異なるピッチで対をなす溝が形成されているため、複数の異なる温度において、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬を効果的に抑制することができる。
【００７８】
図６（ａ）に例示するように、第３実施形態の実施例の超音波式流体計測装置では、Ｌ１のピッチを有する一対の溝１２と、Ｌ２のピッチを有する一対の溝１４とは、それぞれ重複せずに別個に設けられている。
【００７９】
一方、図６（ｂ）に例示するように、第３実施形態の変形例の超音波式流体計測装置では、Ｌ１のピッチを有する一対の溝１２と、Ｌ２のピッチを有する一対の溝１３とは、一方が重複している。すなわち、図６（ｂ）において、一対の溝１２のうち右側の溝と、一対の溝１３のうち左側の溝とは同一である。
【００８０】
かかる構成でも図６（ａ）の構成と同様の効果が得られる。
【００８１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の超音波式流体計測装置は、流路管を通じた送波器から受波器への振動の伝搬をより効果的に抑制することができる超音波式流体計測装置として有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 流路管
１１ 流路管
１２ 溝
１３ 溝
１４ 溝
１５ 超音波吸収材料
２０ 第１取付管
２１ 第１取付管
２２ 破線
２３ 破線
２４ 破線
３０ 超音波送波器
３１ 超音波送波器
４０ 第２取付管
４１ 第２取付管
４２ 破線
４３ 破線
４４ 破線
５０ 超音波受波器
５１ 超音波受波器
１００ 超音波式流体計測装置
２００ 超音波式流体計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、
流路管と、
第１取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され超音波を送波する超音波送波器と、
第２取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され前記超音波を受波する超音波受波器とを備え、
前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝が形成され、
前記超音波の周波数をＮ、前記管のうち前記溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る、超音波式流体計測装置。
【請求項２】
前記軸方向におけるピッチが連続的に変化するように構成されている、請求項１記載の超音波式流体計測装置。
【請求項３】
Ｌ２および前記Ｌ１を定数値とするとき、
前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ２となるように一対の溝が形成され、
Ｌ２が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入り、かつ、Ｌ１≠Ｌ２を満たす、請求項１または２に記載の超音波式流体計測装置具。
【請求項４】
前記溝の深さをＤとするとき、Ｄが、下限深さをλ２×（１／４）、上限深さをλ１×（１／４）とする所定の深さ範囲に入る、請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波式流体計測装置。
【請求項５】
前記溝の一部を覆うように、超音波吸収材料が配設されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波式流体計測装置。
【請求項１】
下限温度をＬＴ、上限温度をＵＴとする所定の温度範囲において使用される超音波式流体計測装置であって、
流路管と、
第１取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され超音波を送波する超音波送波器と、
第２取付管を介してまたは直接に前記流路管に固定され前記超音波を受波する超音波受波器とを備え、
前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ１となるように一対の溝が形成され、
前記超音波の周波数をＮ、前記管のうち前記溝が形成された部分を構成する材料を管材料とし、ＬＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ１とし、ＵＴにおける前記管材料中の周波数Ｎの音波の波長をλ２とするとき、Ｌ１が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入る、超音波式流体計測装置。
【請求項２】
前記軸方向におけるピッチが連続的に変化するように構成されている、請求項１記載の超音波式流体計測装置。
【請求項３】
Ｌ２および前記Ｌ１を定数値とするとき、
前記超音波送波器と前記超音波受波器との間にある、前記流路管または前記第１取付管または前記第２取付管のいずれかに、当該管の軸方向におけるピッチがＬ２となるように一対の溝が形成され、
Ｌ２が、下限長をλ２×（１／４）、上限長をλ１×（１／４）とする所定の長さ範囲に入り、かつ、Ｌ１≠Ｌ２を満たす、請求項１または２に記載の超音波式流体計測装置具。
【請求項４】
前記溝の深さをＤとするとき、Ｄが、下限深さをλ２×（１／４）、上限深さをλ１×（１／４）とする所定の深さ範囲に入る、請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波式流体計測装置。
【請求項５】
前記溝の一部を覆うように、超音波吸収材料が配設されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波式流体計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２７６５３（Ｐ２０１２−１２７６５３Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６４９９（Ｐ２０１０−２７６４９９）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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