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公開番号2023077716
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-06
出願番号2021191112
出願日2021-11-25
発明の名称超音波流量計
出願人東京計装株式会社
代理人個人,個人
主分類G01F 1/66 20220101AFI20230530BHJP(測定;試験)
要約【課題】専用の送信素子と複数個の受信素子とを設けて、受信範囲を拡大し測定精度の向上を図る。
【解決手段】流体が流れる管体1の外面の長手方向の上流側から下流側に沿って、一対の超音波送受信器2、3が配列されている。超音波送受信器2、3はそれぞれ1個の送信素子4と、複数個の振動子から成る受信素子5とから構成され、これらはくさび台6を介して管体1に取り付けられている。送信素子4から送信され、管体1の内壁で反射され、受信素子5で受信する超音波パルスP1、P2は、予め平均的な流速において複数個の受信素子5の中心部に到達するように調整されているので、流速が大きく変化しても入射位置が受信素子5から外れることはない。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
超音波パルスを発する送信素子と、該送信素子に流体が流れる管体の長手方向に隣接し超音波パルスを受け前記管体の長手方向に配列した複数個の受信素子と、から成る一対の超音波送受信器を、前記管体の上流及び下流にそれぞれ取り付けた超音波流量計であって、
上流又は下流の前記一対の超音波送受信器の前記送信素子から送信され前記管体内の流体を経由した前記超音波パルスを、下流又は上流の前記一対の超音波送受信器の前記受信素子で受信し、これらの前記超音波パルスの伝播時間差に基づいて前記流体の流速を測定することを特徴とする超音波流量計。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記一対の超音波送受信器は前記管体の外面に配置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】
前記一対の超音波送受信器は前記管体にくさび台を介して取り付け、該くさび台は、前記送信素子の出射面が前記管体に対し斜め方向に向く送信素子取付面と、前記複数個の受信素子の入射面が前記管体に対し斜め同方向、又は平行とする受信素子取付面とを有することを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記超音波送受信器は前記管体内に配置し、前記超音波送受信器は仕切板を介して前記流体に接する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５】
前記一対の超音波送受信器の位置は、想定される流体の平均速度及び前記管体の径に基づいて、決定されることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記平均速度の流体が前記管体を流れる場合に、前記送信素子からの超音波パルスが前記複数個の受信素子の中央位置に入射するように、前記一対の超音波送受信器の位置を設定することを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記複数個の受信素子は、振動子を複行複列に配置したことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記受信素子は複数個の振動子から成るコンポジット振動子であることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記送信素子の共振周波数と前記受信素子の反共振周波数とを一致させたことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の超音波流量計。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる管体に超音波送受信器を取り付けて、時間差方式で管体内の流体の流速を高精度で測定する超音波流量計に関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波流量計には、測定すべき流体が流れる管体の外側に、一対の超音波送受信器を後付で取り付ける所謂クランプオン式がよく用いられている。このクランプオン式では、特許文献１の図１に示すように、一対の超音波送受信器を管体の片側に長手方向に沿って配列し、超音波パルスを管体の内壁で反射させるＶ型方式、図５に示すように管体を挟んで一対の超音波送受信器を配置するＺ型方式などが採用されている。
【０００３】
そして、何れの型式においても、超音波送受信器は送信機能と受信機能とを兼ね備え、１個の振動子を交互に切換えて超音波パルスの発信と受信とを繰り返している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－７７６５３号公報
国際公開番号２００５／６４２８９号公報
特開２０００－３４６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、超音波送受信器は送信機能と受信機能とを兼用しているために、受信器として使用する場合に、その受信可能範囲は小さく、流速が大きく変化すると、超音波パルスの到達位置が逸れて受信器で十分な強度の信号が得られず、測定精度が低下することがある。特に、気体を測定対象とする場合には、気体中における超音波信号の減衰量が大きく、測定の信頼性が十分に確保し難いという問題点がある。
【０００６】
なお特許文献２には、送信用振動子を１個とし、その周囲に複数個の受信用振動子を配置し、受信範囲を拡大する超音波トランスデューサが開示されている。しかし、この超音波トランスデューサはドップラー式超音波流量計用であり、時間差方式の超音波流量計への適用には受信用振動子の配置などが不適当である。
【０００７】
また、特許文献３に記載されているように、高感度の測定値を得るには、送信器の共振周波数と受信器の反共振周波数とが一致することが好ましい。しかし、従来の超音波送受信器は前述のように、送信と受信とで同一の振動子を用いているために、同じ振動周波数帯域を有し、送信時の共振周波数と受信時の反共振周波数とがずれていることになる。このため、共振周波数と反共振周波数との中間の周波数を中心周波数として使用するので、高感度な測定ができない問題点もある。
【０００８】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、専用の送信素子と複数個の受信素子とを管体に対して別個に設けて、受信範囲を拡大し、測定精度の向上を図る超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量計は、超音波パルスを発する送信素子と、該送信素子に流体が流れる管体の長手方向に隣接し超音波パルスを受け前記管体の長手方向に配列した複数個の受信素子と、から成る一対の超音波送受信器を、前記管体の上流及び下流にそれぞれ取り付けた超音波流量計であって、上流又は下流の前記一対の超音波送受信器の前記送信素子から送信され前記管体内の流体を経由した前記超音波パルスを、下流又は上流の前記一対の超音波送受信器の前記受信素子で受信し、これらの前記超音波パルスの伝播時間差に基づいて前記流体の流速を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る超音波流量計によれば、一対の超音波送受信器を送信素子と受信素子とを管体に対して別個に分離して配置すると共に、管体の長手方向に沿って複数個の受信素子を配列することで、超音波パルスの受信範囲を広くすることが可能となり、流速の測定精度を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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