超音波流量計
【課題】計測流路に多層の仕切板を有する超音波流量計において、仕切板に磁性体の塵挨が付着するのを防止すること。
【解決手段】超音波流量計１は矩形断面の計測流路２を有しており、計測流路２は仕切板３により、複数の層に分割されている。また、計測流路２の上流と下流には一対の超音波送受波器７，８が配置され、この超音波送受波器７，８間の伝播時間を測定する計測手段１６、伝播時間を計測して流速／流量を求める演算手段１７を備えている。そして、この仕切板３を非磁性体にて構成することにより、ダストに含まれる磁性体の塵埃が仕切板３に付着することを防止でき、超音波流量計として計測精度を維持することができる。
【解決手段】超音波流量計１は矩形断面の計測流路２を有しており、計測流路２は仕切板３により、複数の層に分割されている。また、計測流路２の上流と下流には一対の超音波送受波器７，８が配置され、この超音波送受波器７，８間の伝播時間を測定する計測手段１６、伝播時間を計測して流速／流量を求める演算手段１７を備えている。そして、この仕切板３を非磁性体にて構成することにより、ダストに含まれる磁性体の塵埃が仕切板３に付着することを防止でき、超音波流量計として計測精度を維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測流路への塵挨付着を防止する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波流量計は、流量計測部内部に設けた整流板に帯電防止手段を設けている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来の流れ計測装置を示すものである。図４に示すように、計測流路１０１の内部に配置された整流板１０２は、計測流路１０１と電気的に導通する導通手段１０３を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、帯電した塵埃は整流板に付着しないが、塵埃の中には磁性体の微粒子も含まれており、整流板が磁性体材料で構成されている場合は、そのような塵埃の付着を防ぐことはできなかった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、磁性を帯びた塵埃の整流板への付着を防止することにより、超音波が通過する際に整流板により生じる超音波の伝播条件等に変化を来たさないようにして、計測精度の低下をきたすことのない超音波流量計の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、矩形断面の計測流路と、前記計測流路を複数の層に分割する仕切板と、前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波送受波器と、前記一対の超音波送受波器間の伝播時間を測定する計測手段と、前記計測手段で測定された伝播時間から流速／流量を求める演算手段と、を備え、前記仕切板は、非磁性体で構成するようにしたものである。
【０００８】
これによって、磁性を帯びた塵埃の仕切板への付着を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波流量計は、計測流路を分割する仕切板を非磁性体で構成することにより、磁性を帯びた塵埃の仕切板への付着が防止されるため、超音波流量計として計測精度の低下をきたすことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波流量計の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における図１のＡＡ’断面図
【図３】本発明の超音波流量計を組み込んだガスメータの垂直断面図
【図４】従来の流量計測装置の垂直断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、矩形断面の計測流路と、前記計測流路を複数の層に分割する仕切板と、前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波送受波器と、前記一対の超音波送受波器間の伝播時間を測定する計測手段と、前記計測手段で測定された伝播時間から流速／流量を求める演算手段と、を備え、前記仕切板を、非磁性体で構成することにより、磁性を帯びた塵埃の仕切板への付着が防止され、超音波流量計として計測精度の低下をきたすことがないものである。
【００１２】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
実施の形態１について、図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の概略構成図、図２は、図１のＡＡ’断面図を示すものである。
【００１４】
図１において、超音波流量計１は矩形断面の計測流路２を有しており計測流路２は、仕切板３により、複数の層である流路４と流路５に分割されている。仕切板３は非磁性体材料にて構成されている。計測流路２の上部には超音波送受波器保持部６が形成されている。
【００１５】
また、図２に示すように、超音波送受波器保持部６には第１の超音波送受波器７、および第２の超音波送受波器８がそれぞれ、第１の保持部９、第２の保持部１０にて保持されている。
【００１６】
図２において、計測流路２の内部は上面１１、および下面１２を有している。上面１１は第１の超音波透過窓１３、および第２の超音波透過窓１４を有している。下面１２は超音波の反射面として作用するように構成されている。
【００１７】
図において、Ｐ１，およびＰ２で示した矢印は超音波の伝播経路であり、第１の超音波送受波器７から発信された超音波は、下面１２に反射し、流路４を横切るように伝播し、第２の超音波送受波器８に到達する。
【００１８】
第１の超音波送受波器７、第２の超音波送受波器８、および、流路４の下面１２で形成される領域は流量計測部１５である。第１の超音波送受波器７、および第２の超音波送受波器８からの信号は計測手段１６にて処理され、さらに演算手段１７で演算される。
【００１９】
以上のように構成された超音波流量計１について、以下、その動作、作用を説明する。
【００２０】
図１において計測流路２に流入する矢印Ｆ１の流れは矢印Ｆ２として流出するまでの間に計測流路２内において超音波による流量計測が行われる。
【００２１】
図２において、計測流路２を流れる流体の流速をＶ、流体中の音速をＣ、流体の流れる方向と超音波が下面１２で反射するまでの超音波伝播方向とのなす角度をθとする。また、第１の超音波送受波器７と第２の超音波送受波器８との間で伝播する超音波の伝播経路の有効長さをＬとする。
【００２２】
このとき、第１の超音波送受波器７から出た超音波が、もう一方の第２の超音波送受波器８に到達するまでの伝播時間ｔ１は、下式にて示される。
【００２３】
ｔ１ ＝ Ｌ ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （１）
次に第２の超音波送受波器８から出た超音波が、もう一方の第１の超音波送受波器７に
到達するまでの伝播時間ｔ２は、下式にて示される。
【００２４】
ｔ２ ＝ Ｌ ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） （２）
式（１）と式（２）から流体の音速Ｃを消去すると、下式が得られる。
【００２５】
Ｖ ＝ Ｌ ／（２ｃｏｓθ（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））） （３）
式（３）にて分るように、Ｌとθが既知なら、伝播時間ｔ１、およびｔ２を用いて、流速Ｖが求められる。
【００２６】
計測手段１６は、上記に示した伝播時間ｔ１、およびｔ２の計測を行い、演算手段１７により上記の演算が実施されて流速Ｖが求められる。この流速Ｖに超音波が通過する流路４の断面積Ｓを乗じ、これにさらに、真の全体流量を推測するための係数ｐを乗じることにより、全体流量Ｑを求めることができる。
【００２７】
この場合、超音波の伝播時間は、仕切板３での反射成分も含んだ波形を有する超音波の伝播を基に行われる。このとき、仕切板３に塵埃が付着すると、その伝播の状況が変化する。
【００２８】
すなわち、伝播に減衰が生じたり、位相が変化したりするといった弊害が生じうる。これらの現象は、正確な伝播時間の計測を妨げることになり、計測精度の悪化をもたらし得るものである。
【００２９】
しかしながら、本実施の形態では仕切板３が非磁性体で形成されているため、磁性体の塵埃が流入しても、この塵埃が仕切板３に付着して伝播状況を変化するような状態を生じさせることはない。したがって、計測精度の低下を防ぐことができるものである。
【００３０】
なお、本実施の形態では、仕切板３が１枚の例を示したが、仕切板３が複数枚あり、その間を超音波が通過する構成のものにおいても、同様の効果が発揮されるものである。
【００３１】
次に、この超音波流量計１をガスメータに組み込んだ事例について説明する。
【００３２】
図３は、本発明の超音波流量計１を組み込んだガスメータ１８の垂直断面図を示すものである。
【００３３】
図３において、１８はガスメータである。ガスメータ１８の筐体１９は、流入部２０と流出部２１を有している。流入部２０には流入パイプ２２、流出部２１には流出パイプ２３が接続されている。
【００３４】
筐体１９の内部において、流入部２０には遮断弁２４が接続されている。この遮断弁２４の入口端２５は流入部２０に接続され、出口端２６は筐体１９の内部に開放されている。
【００３５】
また、筐体１９の内部には、超音波流量計１が、配置されている。超音波流量計１は、入口部２８と出口部２９を有しており、入口部２８は筐体１９の内部に開放されており、出口部２９は接続部３０により流出部２１に接続されている。
【００３６】
以上のように構成されたガスメータ１８について、以下、その動作、作用を説明する。
【００３７】
まず、流入パイプ２２より流入したガスは、流入部２０から遮断弁２４の入口端２５より入り、その後、出口端２６より筐体１９の内部空間に放出される。この流れＦ３はいっ
たん筐体１９内の広い空間に放出されるため、流速が低くなり、塵埃は筐体１９の底面に落下する。その後、流れはＦ４、Ｆ５の経路を経て超音波流量計１の入口部２８より、超音波流量計１に流入する。
【００３８】
このとき、この流れの中に磁性体の塵埃が含まれていても、超音波流量計１内部の仕切板３は非磁性体で構成されているため、仕切板３に磁性体の塵埃が付着することはない。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、仕切板３が非磁性体材料で構成されているため、磁性体の塵埃が付着して、計測性能に影響を及ぼすことがない。
【００４０】
なお、超音波流量計１が筐体１９の内部においてその入口部２８が開放されている事例を示したが流入パイプ２２と直結されていても、同様の効果は発揮しうるものである。
【００４１】
また、超音波の伝播経路として本実施の形態では反射を利用する所謂Ｖパスタイプの事例を示したが、特許文献１に示されているような反射を利用しないＺパスタイプでも、流路に平行な伝播経路を用いたＩパスタイプでも、仕切板３を用いる構成であれば、同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、ダストに含まれる磁性体の仕切板への付着を防止でき、流量計測部での計測精度を確保することが可能となるので、とりわけ塵埃が入りやすい屋外配管に接続される計測器や家庭用から業務用に至る大型のガスメータ等の幅広い用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 超音波流量計
２ 計測流路
３ 仕切板
４ 流路（層）
５ 流路（層）
７ 第１の超音波送受波器
８ 第２の超音波送受波器
１６ 計測手段
１７ 演算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測流路への塵挨付着を防止する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波流量計は、流量計測部内部に設けた整流板に帯電防止手段を設けている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来の流れ計測装置を示すものである。図４に示すように、計測流路１０１の内部に配置された整流板１０２は、計測流路１０１と電気的に導通する導通手段１０３を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、帯電した塵埃は整流板に付着しないが、塵埃の中には磁性体の微粒子も含まれており、整流板が磁性体材料で構成されている場合は、そのような塵埃の付着を防ぐことはできなかった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、磁性を帯びた塵埃の整流板への付着を防止することにより、超音波が通過する際に整流板により生じる超音波の伝播条件等に変化を来たさないようにして、計測精度の低下をきたすことのない超音波流量計の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、矩形断面の計測流路と、前記計測流路を複数の層に分割する仕切板と、前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波送受波器と、前記一対の超音波送受波器間の伝播時間を測定する計測手段と、前記計測手段で測定された伝播時間から流速／流量を求める演算手段と、を備え、前記仕切板は、非磁性体で構成するようにしたものである。
【０００８】
これによって、磁性を帯びた塵埃の仕切板への付着を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波流量計は、計測流路を分割する仕切板を非磁性体で構成することにより、磁性を帯びた塵埃の仕切板への付着が防止されるため、超音波流量計として計測精度の低下をきたすことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波流量計の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における図１のＡＡ’断面図
【図３】本発明の超音波流量計を組み込んだガスメータの垂直断面図
【図４】従来の流量計測装置の垂直断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、矩形断面の計測流路と、前記計測流路を複数の層に分割する仕切板と、前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波送受波器と、前記一対の超音波送受波器間の伝播時間を測定する計測手段と、前記計測手段で測定された伝播時間から流速／流量を求める演算手段と、を備え、前記仕切板を、非磁性体で構成することにより、磁性を帯びた塵埃の仕切板への付着が防止され、超音波流量計として計測精度の低下をきたすことがないものである。
【００１２】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
実施の形態１について、図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の概略構成図、図２は、図１のＡＡ’断面図を示すものである。
【００１４】
図１において、超音波流量計１は矩形断面の計測流路２を有しており計測流路２は、仕切板３により、複数の層である流路４と流路５に分割されている。仕切板３は非磁性体材料にて構成されている。計測流路２の上部には超音波送受波器保持部６が形成されている。
【００１５】
また、図２に示すように、超音波送受波器保持部６には第１の超音波送受波器７、および第２の超音波送受波器８がそれぞれ、第１の保持部９、第２の保持部１０にて保持されている。
【００１６】
図２において、計測流路２の内部は上面１１、および下面１２を有している。上面１１は第１の超音波透過窓１３、および第２の超音波透過窓１４を有している。下面１２は超音波の反射面として作用するように構成されている。
【００１７】
図において、Ｐ１，およびＰ２で示した矢印は超音波の伝播経路であり、第１の超音波送受波器７から発信された超音波は、下面１２に反射し、流路４を横切るように伝播し、第２の超音波送受波器８に到達する。
【００１８】
第１の超音波送受波器７、第２の超音波送受波器８、および、流路４の下面１２で形成される領域は流量計測部１５である。第１の超音波送受波器７、および第２の超音波送受波器８からの信号は計測手段１６にて処理され、さらに演算手段１７で演算される。
【００１９】
以上のように構成された超音波流量計１について、以下、その動作、作用を説明する。
【００２０】
図１において計測流路２に流入する矢印Ｆ１の流れは矢印Ｆ２として流出するまでの間に計測流路２内において超音波による流量計測が行われる。
【００２１】
図２において、計測流路２を流れる流体の流速をＶ、流体中の音速をＣ、流体の流れる方向と超音波が下面１２で反射するまでの超音波伝播方向とのなす角度をθとする。また、第１の超音波送受波器７と第２の超音波送受波器８との間で伝播する超音波の伝播経路の有効長さをＬとする。
【００２２】
このとき、第１の超音波送受波器７から出た超音波が、もう一方の第２の超音波送受波器８に到達するまでの伝播時間ｔ１は、下式にて示される。
【００２３】
ｔ１ ＝ Ｌ ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （１）
次に第２の超音波送受波器８から出た超音波が、もう一方の第１の超音波送受波器７に
到達するまでの伝播時間ｔ２は、下式にて示される。
【００２４】
ｔ２ ＝ Ｌ ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） （２）
式（１）と式（２）から流体の音速Ｃを消去すると、下式が得られる。
【００２５】
Ｖ ＝ Ｌ ／（２ｃｏｓθ（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））） （３）
式（３）にて分るように、Ｌとθが既知なら、伝播時間ｔ１、およびｔ２を用いて、流速Ｖが求められる。
【００２６】
計測手段１６は、上記に示した伝播時間ｔ１、およびｔ２の計測を行い、演算手段１７により上記の演算が実施されて流速Ｖが求められる。この流速Ｖに超音波が通過する流路４の断面積Ｓを乗じ、これにさらに、真の全体流量を推測するための係数ｐを乗じることにより、全体流量Ｑを求めることができる。
【００２７】
この場合、超音波の伝播時間は、仕切板３での反射成分も含んだ波形を有する超音波の伝播を基に行われる。このとき、仕切板３に塵埃が付着すると、その伝播の状況が変化する。
【００２８】
すなわち、伝播に減衰が生じたり、位相が変化したりするといった弊害が生じうる。これらの現象は、正確な伝播時間の計測を妨げることになり、計測精度の悪化をもたらし得るものである。
【００２９】
しかしながら、本実施の形態では仕切板３が非磁性体で形成されているため、磁性体の塵埃が流入しても、この塵埃が仕切板３に付着して伝播状況を変化するような状態を生じさせることはない。したがって、計測精度の低下を防ぐことができるものである。
【００３０】
なお、本実施の形態では、仕切板３が１枚の例を示したが、仕切板３が複数枚あり、その間を超音波が通過する構成のものにおいても、同様の効果が発揮されるものである。
【００３１】
次に、この超音波流量計１をガスメータに組み込んだ事例について説明する。
【００３２】
図３は、本発明の超音波流量計１を組み込んだガスメータ１８の垂直断面図を示すものである。
【００３３】
図３において、１８はガスメータである。ガスメータ１８の筐体１９は、流入部２０と流出部２１を有している。流入部２０には流入パイプ２２、流出部２１には流出パイプ２３が接続されている。
【００３４】
筐体１９の内部において、流入部２０には遮断弁２４が接続されている。この遮断弁２４の入口端２５は流入部２０に接続され、出口端２６は筐体１９の内部に開放されている。
【００３５】
また、筐体１９の内部には、超音波流量計１が、配置されている。超音波流量計１は、入口部２８と出口部２９を有しており、入口部２８は筐体１９の内部に開放されており、出口部２９は接続部３０により流出部２１に接続されている。
【００３６】
以上のように構成されたガスメータ１８について、以下、その動作、作用を説明する。
【００３７】
まず、流入パイプ２２より流入したガスは、流入部２０から遮断弁２４の入口端２５より入り、その後、出口端２６より筐体１９の内部空間に放出される。この流れＦ３はいっ
たん筐体１９内の広い空間に放出されるため、流速が低くなり、塵埃は筐体１９の底面に落下する。その後、流れはＦ４、Ｆ５の経路を経て超音波流量計１の入口部２８より、超音波流量計１に流入する。
【００３８】
このとき、この流れの中に磁性体の塵埃が含まれていても、超音波流量計１内部の仕切板３は非磁性体で構成されているため、仕切板３に磁性体の塵埃が付着することはない。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、仕切板３が非磁性体材料で構成されているため、磁性体の塵埃が付着して、計測性能に影響を及ぼすことがない。
【００４０】
なお、超音波流量計１が筐体１９の内部においてその入口部２８が開放されている事例を示したが流入パイプ２２と直結されていても、同様の効果は発揮しうるものである。
【００４１】
また、超音波の伝播経路として本実施の形態では反射を利用する所謂Ｖパスタイプの事例を示したが、特許文献１に示されているような反射を利用しないＺパスタイプでも、流路に平行な伝播経路を用いたＩパスタイプでも、仕切板３を用いる構成であれば、同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、ダストに含まれる磁性体の仕切板への付着を防止でき、流量計測部での計測精度を確保することが可能となるので、とりわけ塵埃が入りやすい屋外配管に接続される計測器や家庭用から業務用に至る大型のガスメータ等の幅広い用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 超音波流量計
２ 計測流路
３ 仕切板
４ 流路（層）
５ 流路（層）
７ 第１の超音波送受波器
８ 第２の超音波送受波器
１６ 計測手段
１７ 演算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形断面の計測流路と、
前記計測流路を複数の層に分割する仕切板と、
前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間の伝播時間を測定する計測手段と、
前記計測手段で測定された伝播時間から流速／流量を求める演算手段と、を備え、
前記仕切板は、非磁性体で構成された超音波流量計。
【請求項１】
矩形断面の計測流路と、
前記計測流路を複数の層に分割する仕切板と、
前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間の伝播時間を測定する計測手段と、
前記計測手段で測定された伝播時間から流速／流量を求める演算手段と、を備え、
前記仕切板は、非磁性体で構成された超音波流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５７６１３（Ｐ２０１３−５７６１３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６８３６（Ｐ２０１１−１９６８３６）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【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２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【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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