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技術 超音波流量計

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 高橋志英中井弘安田憲司萱場貴士阿南裕己
出願日 2018年8月9日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-149814
公開日 2020年2月13日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-024180
状態 未査定
技術分野 体積流量の測定(I) 体積流量の測定(II);質量流量の測定
主要キーワード 同超音波 取付ブロック 抑制シート 計測流量 流路入口 流路出口 放射部 合成波
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この項目の情報は公開日時点(2020年2月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

不要音波を抑え、流量計測の精度を維持しながら、部品点数コストを削減する超音波流量計を提供する。

解決手段

被計測流体が流れる計測流路1と、計測流路1上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号送受信が可能な一対の超音波センサ2a,2bと、超音波センサ2a,2bの一方から送信された超音波信号が被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも1回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、被計測流体の流量を検出する流量演算手段7と、を備え、計測流路1は、超音波センサから放射される音波を取り込む開口部6a,6bを備え、計測流路1と開口部6a,6bは一体に成型されており、開口部6a,6bは所定の厚みを有し、開口部6a,6bの上流及び/又は下流に位置する淵に、凹凸部13a,13bを設けた。

概要

背景

従来、この種の超音波流量計の構成としては、例えば図6に示すようなものがある。

図6は、特許文献1に記載された従来の超音波流量計を示すものである。図6に示すように、計測流路101と、巻込み流れ抑制シート103と、超音波センサ取付ブロック104と、超音波センサ105a、105bと、計測流路101を複数の流路に分割するための3枚の仕切り板102から構成されている。

なお、計測流路101と、巻込み流れ抑制シート103と、超音波センサ取付ブロック104はそれぞれ別々の部品として形成されており、組立時は、仕切り板102を計測流路101に開口部106から挿入した後、巻込み流れ抑制シート103を開口部106を覆うように取付け、超音波センサ取付ブロック104を、溶着などの方法で計測流路101に固定する。巻込み流れ抑制シート103には、開口部103a、103bが設けられており、開口部103a、103bは、超音波を通しながら、超音波センサ105a、105b付近に、被計測流体の巻込み流れによる乱流が発生しにくいような大きさに調整されている。

概要

不要音波を抑え、流量計測の精度を維持しながら、部品点数コストを削減する超音波流量計を提供する。被計測流体が流れる計測流路1と、計測流路1上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号送受信が可能な一対の超音波センサ2a,2bと、超音波センサ2a,2bの一方から送信された超音波信号が被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも1回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、被計測流体の流量を検出する流量演算手段7と、を備え、計測流路1は、超音波センサから放射される音波を取り込む開口部6a,6bを備え、計測流路1と開口部6a,6bは一体に成型されており、開口部6a,6bは所定の厚みを有し、開口部6a,6bの上流及び/又は下流に位置する淵に、凹凸部13a,13bを設けた。

目的

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、従来の巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号送受信が可能な一対の超音波センサと、前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が前記被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも1回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、前記被計測流体の流量を検出する流量演算手段と、を備え、前記計測流路は、前記超音波センサから放射される音波を取り込む開口部を備え、前記計測流路と前記開口部は一体に成型されており、前記開口部の上流及び/又は下流に位置する淵に、不要音波抑制部を設けた超音波流量計

請求項2

前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を凹凸形状に形成して、音波を乱反射するようにしたことを特徴とする、請求項1に記載の超音波流量計。

請求項3

前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を曲面に形成して、音波を拡散反射するようにしたことを特徴とする、請求項1に記載の超音波流量計。

請求項4

前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵に超音波吸収部材取付けたことを特徴とする、請求項1に記載の超音波流量計。

技術分野

0001

本発明は、超音波伝搬時間を計測して流量を演算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の構成としては、例えば図6に示すようなものがある。

0003

図6は、特許文献1に記載された従来の超音波流量計を示すものである。図6に示すように、計測流路101と、巻込み流れ抑制シート103と、超音波センサ取付ブロック104と、超音波センサ105a、105bと、計測流路101を複数の流路に分割するための3枚の仕切り板102から構成されている。

0004

なお、計測流路101と、巻込み流れ抑制シート103と、超音波センサ取付ブロック104はそれぞれ別々の部品として形成されており、組立時は、仕切り板102を計測流路101に開口部106から挿入した後、巻込み流れ抑制シート103を開口部106を覆うように取付け、超音波センサ取付ブロック104を、溶着などの方法で計測流路101に固定する。巻込み流れ抑制シート103には、開口部103a、103bが設けられており、開口部103a、103bは、超音波を通しながら、超音波センサ105a、105b付近に、被計測流体の巻込み流れによる乱流が発生しにくいような大きさに調整されている。

先行技術

0005

特開2014−215060号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、前記従来の構成では、計測流路101、巻込み流れ抑制シート103、超音波センサ取付ブロック104を別々の部品として形成するため、部品の材料費と組立のコストが発生していた。そこで、巻込み流れ抑制シート103を使わず、複数の部品をひとつに成型することで、部品点数を減らし、コストを少なくすることが考えられる。

0007

その一例を図7に示す。図7(a)は、図6に示す計測流路101、開口部106a、106b、超音波センサ取付ブロック104が一体に成型された計測流路201の斜視図、図7(b)は図7(a)のX-X断面図を示している。

0008

開口部203a、203bは、図6に示す巻込み流れ抑制シート103の開口部103a、103bと同様に矩形の形状であるが、樹脂成型で形成されるため巻込み流れ抑制シート103よりも厚みを持つことになる。

0009

ここで、超音波センサ205aから送信された超音波を超音波センサ205bで受信する場合、超音波は、伝搬経路P201に沿って、計測流路201の底面で反射し、伝搬経路P202を沿って、超音波センサ205bまで到達する。

0010

開口部203a、203bと、超音波センサの取付部204a,204bは、成型時に金型を、伝搬経路P201および伝搬経路P202と同方向に抜いて形成するため、開口部203a、203bの淵212a、212bには、それぞれ伝搬経路P201、伝搬経
路P202に平行な面が形成される。

0011

その結果、上流側の超音波センサ205aから送信された超音波は、開口部203aの上流側の淵212aで反射し、回折しながら他方の開口部203bの下流側の淵212bに達して反射し、下流側の超音波センサ205bに到達する。したがって、超音波は想定する伝搬経路P201、P202より短い伝搬経路P203で、不要音波として受信側の超音波センサに伝搬することになる。

0012

したがって、正規の伝搬経路P201、P202を通って伝搬する超音波に、伝搬経路P203を通って伝搬する超音波(不要音波)が重畳される。伝搬時間は、受信波形の所定の電圧を検知したタイミングで計測しているが、この不要音波の重畳によって受信波形が不安定となり、所定の電圧を検知するタイミングがずれる為、計測流量誤差の原因となる。

0013

図8は計測流路201を用いた場合の受信波形であり、伝搬経路P201、P202を経て受信される正規の受信波形の受信前に、伝搬経路P203を経て受信される受信波形が見られる。

0014

超音波センサ205a、205bは、数パルス発信信号が外部から与えられて超音波を発信するが、超音波信号放射部はこの発信信号の印加が停止した後もしばらく振動しており、この継続する振動に基づく超音波信号も伝搬経路P203で伝搬することになる。したがって、伝搬経路P201、P202を経た場合の伝搬時間と、伝搬経路P203を経た場合の伝搬時間の時間差よりも長い時間振動が継続すると、受信波形は、伝搬経路P201、P202を経て受信される超音波信号のみではなく、伝搬経路P203を経て受信される超音波信号の合成波となり、計測される伝搬時間に誤差が生じる。

0015

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、従来の巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することを目的とする。

課題を解決するための手段

0016

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、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が前記被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも1回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、前記被計測流体の流量を検出する流量演算手段と、を備え、前記計測流路は、前記超音波センサから放射される音波を取り込む開口部を備え、前記計測流路と前記開口部は一体に成型されており、前記開口部の上流及び/又は下流に位置する淵に、不要音波抑制部を設けたことを特徴としたものである。

0017

これによって、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

発明の効果

0018

本発明の超音波流量計は、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の実施の形態1〜4における超音波流量計の構成図
(a)本発明の実施の形態1における超音波流量計の流路ユニットの斜視図、(b)(a)のA−A断面図
本発明の実施の形態1における超音波流量計の受信波形図
(a)本発明の実施の形態2における超音波流量計の斜視図、(b)同超音波流量計の取付部3a部分の拡大図
本発明の実施の形態3における超音波流量計の断面図
従来の超音波流量計の構成図
(a)従来の超音波流量計を一体成型した場合の斜視図、(b)(a)のX−X断面図
計測流路201を用いた超音波流量計の受信波形図

実施例

0020

第1の発明は、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が前記被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも1回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、前記被計測流体の流量を検出する流量演算手段と、を備え、前記計測流路は、前記超音波センサから放射される音波を取り込む開口部を備え、前記計測流路と前記開口部は一体に成型されており、前記開口部の上流及び/又は下流に位置する淵に、不要音波抑制部を設けたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

0021

第2の発明は、特に、第1の発明において、前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を凹凸形状に形成して、音波を乱反射するようにしたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

0022

第3の発明は、特に、第1の発明において、前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を曲面に形成して、音波を拡散反射するようにしたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

0023

第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明において、前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵に超音波吸収部材を取付けたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

0024

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。

0025

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。図2(a)は、本発明の第1の実施の形態における超音波流量計の計測流路の斜視図、図2(b)は(a)のA−A断面図を示すものである。

0026

計測流路1は、流路入口10から流路出口11に至り被測定流体を通す配管であり、2つの仕切板8によって3つの層状流路に分割されている。この計測流路1に対して、斜め
に超音波が送受信するように超音波が伝搬する開口部6a、6bが計測流路上面4に設けられ、超音波が計測流路底面5で反射して、伝搬経路P1とP2を通るように、超音波センサ2a,2bが取付部3a,3bに固定されている。

0027

超音波センサ2a、2bは、流量演算手段7と接続されている。開口部6a、6bのそれぞれの下流側と上流側の2つの淵には、凹凸部9a,9b、9c、9dが設けられている。流量演算手段7は、超音波センサ2a,2b間の超音波の伝搬時間に基づいて流量を演算する。伝搬時間は、受信波形の所定の電圧を検知したタイミングで計測している。

0028

そして、超音波センサ2a、2bから出る超音波は、全てが放射面に垂直には飛ばず、開口部6a、6bの周辺にも当たって反射する。従来例で説明したように、開口部の淵の面をP1、P2に平行な面とした場合、不要音波によって受信波形が不安定となり、計測流量の誤差の原因となっていたが、本実施の形態1における超音波流量計では、開口部6a、6bのそれぞれの上流側と下流側の淵に設けた凹凸部9a、9b、9c、9dを、ギザギザな形状(開口部の厚み1.5mmで、1辺の長さ1.5mmの正三角形)として形成しており、凹凸部9a、9bが音波を拡散させる不要音波抑制部として機能することで、不要音波を受信側の超音波センサに届きにくくしている。

0029

図3は、本実施の形態1の計測流路1を用いた場合の受信波形を示している。この受信波形から図7に示した計測流路201を用いた場合の受信波形(図8)でみられた不要音波の伝搬が抑制されていることが分かる。

0030

以上のように、本実施の形態によると、開口部の淵で発生する不要音波の反射を抑制することができるので、一体成型において開口部に厚み(一般的には0.5mm以上必要)が生じる場合でも、伝搬時間を正確に計測できるので高精度の流量計測を行うことができる。

0031

(実施の形態2)
図4(a)は、本発明の第2の実施の形態の超音波流量計の計測流路の斜視図、(b)は、取付部3a(3b)の拡大図である。

0032

図に示すように、上流側の開口部6aの上流側の淵は不要音波抑制部としての曲面部12aが形成されており、図示していないが、同様に下流側の開口部6bの下流側の淵にも曲面部13bが形成されている。このように、開口部の淵を曲面部12aとすることで、超音波センサ2aから発信された音波を拡散させることで、不要音波を他方の超音波センサ2bに届きにくくすることができる。

0033

(実施の形態3)
図5は、本発明の第3の実施の形態の超音波流量計の断面図である。図に示すように、開口部6aの上流側の淵に不要音波抑制部としての超音波吸収部材13aを設け、同様に、開口部6bの下流側の淵に13bが取付けられて、音波を吸収させることで、不要音波が他方の超音波センサに届きにくくすることができる。

0034

以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、コストを削減しながら、不要音波を届きにくくすることで、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。

0035

1計測流路
2a、2b超音波センサ
3a、3b取付部
4 計測流路上面
5 計測流路底面
6a、6b 開口部
7流量演算手段
8仕切板
9a、9b凹凸部(不要音波抑制部)
12a、12b曲面部(不要音波抑制部)
13a、13b超音波吸収部材(不要音波抑制部)

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