【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスの使用量を測定する家庭用及び業務用のガスメータは、古来より機械的な膜式方式のガスメータが使用され、主流を占めている。この膜式方式のガスメータは、積算流量を計測するのが主な目的であり、機械式の為ガスメータとしては応答速度が遅く瞬時流量は測定はできない。一方、ガスメータとしては単一の流路に超音波計測部を備えた超音波流量計があるが、この流量計は超音波を使用しているため瞬時流量も容易に測定でき、ガス漏れ等の保安面への適用においても有利となる。そしてガスメータは機械的な膜式方式のガスメータから超音波方式のガスメータに置き換わろうとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、瞬時流量が測定でき、かつ測定レンジの広い単一流路を備えたの超音波流量計は、大流量域の流量（例えば、１００ｍ３／ｈとか、１６０ｍ３／ｈの流量）を測定しようとすると、大流量側に測定範囲が移動するため、小流量域（１０００Ｌ／ｈ以下）あるいは微少流量域（５Ｌ／ｈ等の微少漏洩流量領域）では、精度良く流量測定が出来ないという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、前記第１の流路を開閉する切替弁と、前記切替弁の上流側と下流側とをバイバスすると共に、小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで形成し、大流量域を計測する場合には前記切替弁を開にして前記第１の超音波流量計測回路部で計測し、小流量域を計測する場合には前記切替弁を閉にして前記第２の超音波流量計測回路部で計測するようにし、前記切替弁の駆動に超音波モータを用いるようにしたものある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、第１の流路の途中に設けられ第１の流路を開閉する切替弁と、切替弁が取付けられた位置の前後で第１の流路をバイパスする小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで構成される流路において、大流量域を計測する場合、構造が簡単でトルク・イナーシャ比が大きく、応答性の良い超音波モータ（弾性体に圧電セラミックを貼り電気入力を加え、加圧したロータから駆動力を得るようにしたモータ）で、切替弁を出来る限り短時間に全開状態に切り替わるようにしたものである。又小流量域を計測する場合は、切替弁をできる限り短時間に全閉状態に切り替わるようにしたものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、切替弁の駆動にリング状の超音波モータを用い、ガス通路の中心部近傍に駆動源を置くことなくガス通路円周部で駆動するようにし、ガス流体の流れを妨げないようにし、流れの乱れを少なくして安定に流量計測が出来るようにしたものである。
【０００７】
請求項３記載の発明は、リング形状の超音波モータのロータにガス通路の開閉を行なう遮蔽板を兼用させ、ロータが回転することにより切替弁の機能を持たせるようにしたものである。
【０００８】
請求項４記載の発明は、リング形状の超音波モータのロータとステータの加圧機構として、リング状のボールベアリングとリング状の波スプリングを用い加圧力を与えるようにし、切替弁を駆動するトルクを得るようにしたものである。
【０００９】
請求項５記載の発明は、リング形状の超音波モータのロータにリング状マグネットを貼りステータ（鉄、ステンレスなどの磁性体）との間の磁気力で加圧力を与えるようにし、複雑な加圧機構を省略し切替弁の駆動力を得るようにしたものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１であり、切替弁を備えた広レンジの超音波流量計の構成を示している。図において、１は大流量域のガス流体が流れる第１の流路、２は第１の流路に設けられ、一対の超音波振動子２ａ、２ｂ（圧電素子で構成）で構成された超音波の送受信を行う第１の超音波トランスデューサ、３は小流量域のガス流体が流れる第２の流路、４は第２の流路に設けられ一対の超音波振動子４ａ、４ｂ（圧電素子で構成）で構成された超音波の送受信を行う第２の超音波トランスデューサ、５は第１の流路の途中に設けられ第１の流路を開閉する切替弁、６は第１の超音波トランスデューサを制御し超音波の送受信を交互に行ない大流量域の流量計測を行う超音波流量計測部、７は第２の超音波トランスデューサを制御し、超音波の送受信を交互に行ない小流量域の流量計測を行う超音波流量計測部である。このような構成において、ある流量閾値を境にして切替弁５を切替えることにより小流量域から大流量域まで流量計測が出来るようにすることが出来る。
【００１２】
図２は本発明の実施例１で、超音波モータ（ディスクタイプ）を駆動源に使用した切替弁の構成を示している。ディスクタイプの超音波モータを使用しているため、超音波モータは流路の中心部近傍に取付いている。応答性の良い超音波モータを使用しているため、切替弁を短時間に全開状態あるいは、全閉状態に切り替えることができる。
【００１３】
図３は同実施例１で、中空構造のリング状超音波モータを駆動源にした切替弁の構成を示している。リング状の超音波モータのロータ１２とステータ１１との加圧機構としてリング状のベアリング１４とリング状の波スプリング１５を用い加圧力を得るようにしている。中空構造の為、内径部はガス通路として利用することが出来る。又、リング状の超音波モータのロータそのものを回転側遮蔽板として、切替弁の一部として利用するようにしている。
【００１４】
図４は同実施例１で、超音波モータのステータ１１とロータ１２との加圧力をマグネット１７で与え、リング状超音波モータを駆動源にした切替弁の構成を示している。リング状ロータ１２にリング状のマグネット１７が貼り付けられ、さらにそのマグネット１７には、リング状のライニング１３が貼り付けられている。このライニング１３の貼り付けられた一体のロータを超音波モータのステータ１１（鉄、ステンレス等の磁性体で出来ている。）と面対向させると、ライニング１３を介してロータ１２とステータ１１との間に磁気的吸引力が働き、超音波モータに必要な加圧力を得ることが出来る。又、リング状の超音波モータのロータそのものを回転側遮蔽板として、切替弁の一部として利用するようにしている。
【００１５】
また図５は同実施例１で、本発明の切替弁の動作における開閉状態の概念を示したものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、第１の流路を開閉する切替弁と、切替弁の上流側と下流側とをバイバスすると共に、小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで形成し、大流量域を計測する場合には前記切替弁を開にして第１の超音波流量計測回路部で計測し、小流量域を計測する場合には切替弁を閉にして第２の超音波流量計測回路部で計測するようにし、その切替弁の駆動に応答性のよい超音波モータを用いることにより、微小流量域（５Ｌ／ｈ以下）から大流量域（１００ｍ３／ｈあるいは、１６０ｍ３／ｈ等）まで精度良く流量測定が出来るようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の超音波流量計の構成図
【図２】同流量計の切替弁と、超音波モータを示した部分断面図
【図３】同流量計の切替弁と、リング状超音波モータを示した部分断面図
【図４】同リング状超音波モータの加圧力をマグネットで与えた場合を示す部分断面図
【図５】（ａ）同流量計の切替弁が開状態を示す模式図
（ｂ）同流量計の切替弁が閉状態を示す模式図
【符号の説明】
１ 第１の流路
２ 第１の超音波トランスデューサ
３ 第２の流路
４ 第２の超音波トランスデューサ
５ 切替弁
６ 第１の超音波流量計測部
７ 第２の超音波流量計測部
８ ディスクタイプの超音波モータ
１１ リング状超音波モータのステータ
１２ リング状超音波モータのロータ
１４ リング状ベアリング
１５ リング状波スプリング
１７ マグネット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flowmeter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As a domestic and commercial gas meter for measuring gas consumption, a mechanical film type gas meter has been used since ancient times, and has been dominant. The main purpose of this membrane type gas meter is to measure the integrated flow rate, and since it is a mechanical type gas meter, the response speed is slow and the instantaneous flow rate cannot be measured. On the other hand, as a gas meter, there is an ultrasonic flow meter having an ultrasonic measuring unit in a single flow path, but since this flow meter uses ultrasonic waves, the instantaneous flow rate can be easily measured, and a gas leak and the like can be measured. It is also advantageous in security applications. The gas meter is about to be replaced with a gas meter of an ultrasonic type from a gas meter of a mechanical film type.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, an ultrasonic flowmeter that can measure an instantaneous flow rate and has a single flow path with a wide measurement range is required to measure a flow rate in a large flow rate range (for example, a flow rate of 100 m3 / h or 160 m3 / h). However, since the measurement range moves to the large flow rate side, there is a problem that the flow rate cannot be measured accurately in a small flow rate area (1000 L / h or less) or a small flow rate area (a minute leak flow rate area such as 5 L / h). .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a first flow path including a pair of ultrasonic transducers for detecting a flow rate in a large flow rate region, a switching valve for opening and closing the first flow path, and an upstream side and a downstream side of the switching valve. And a second flow path provided with a pair of ultrasonic transducers for detecting a small flow rate range, and when measuring a large flow rate range, the switching valve is opened to open the first flow rate range. The measurement is performed by the ultrasonic flow rate measurement circuit section, and when the small flow rate range is measured, the switching valve is closed and the measurement is performed by the second ultrasonic flow rate measurement circuit section. Is used.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, there is provided a first flow path including a pair of ultrasonic transducers for detecting a flow rate in a large flow rate range, and a switch provided in the middle of the first flow path to open and close the first flow path. In a flow path composed of a valve and a second flow path including a pair of ultrasonic transducers for detecting a small flow rate region bypassing the first flow path before and after the position where the switching valve is attached, When measuring the flow rate range, an ultrasonic motor with a simple structure, a large torque-to-inertia ratio, and good responsiveness (a piezoelectric ceramic is applied to an elastic body, an electric input is applied, and a driving force is obtained from a pressurized rotor. Motor), the switching valve is switched to the fully open state in the shortest possible time. When a small flow rate range is measured, the switching valve is switched to the fully closed state in as short a time as possible.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, a ring-shaped ultrasonic motor is used to drive the switching valve, and the switching valve is driven by the circumferential portion of the gas passage without placing a driving source near the center of the gas passage. The flow rate can be measured stably by preventing disturbance of the flow.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, the rotor of the ring-shaped ultrasonic motor is also used as a shielding plate for opening and closing the gas passage, and has a function of a switching valve by rotating the rotor.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, a pressure is applied by using a ring-shaped ball bearing and a ring-shaped wave spring as a pressurizing mechanism for a rotor and a stator of a ring-shaped ultrasonic motor, and a torque for driving a switching valve is provided. Is obtained.
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, a ring-shaped magnet is attached to a rotor of a ring-shaped ultrasonic motor, and a pressing force is applied by a magnetic force between the ring-shaped ultrasonic motor and a stator (magnetic material such as iron or stainless steel). The mechanism is omitted to obtain the driving force of the switching valve.
[0010]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
(Example 1)
FIG. 1 is a first embodiment of the present invention, and shows a configuration of a wide-range ultrasonic flowmeter provided with a switching valve. In the figure, reference numeral 1 denotes a first flow path through which a gas flow in a large flow rate region flows, and 2 denotes a super flow path provided in the first flow path and constituted by a pair of ultrasonic transducers 2a and 2b (composed of piezoelectric elements). A first ultrasonic transducer 3 for transmitting and receiving a sound wave, 3 is a second flow path through which a gas flow in a small flow rate region flows, and 4 is a second flow path provided in a second flow path. , A switching valve 5 provided in the middle of the first flow path to open and close the first flow path, and 6 a first ultrasonic wave. An ultrasonic flow rate measuring unit 7 that controls a transducer to alternately transmit and receive ultrasonic waves to measure a flow rate in a large flow rate area, and controls a second ultrasonic transducer to alternately transmit and receive ultrasonic waves to control a small flow rate area. It is an ultrasonic flow rate measurement unit that performs flow rate measurement. In such a configuration, the flow rate can be measured from a small flow rate range to a large flow rate range by switching the switching valve 5 at a certain flow rate threshold.
[0012]
FIG. 2 shows a configuration of a switching valve using an ultrasonic motor (disk type) as a drive source in a first embodiment of the present invention. Since a disk type ultrasonic motor is used, the ultrasonic motor is mounted near the center of the flow path. Since the ultrasonic motor having good responsiveness is used, the switching valve can be switched to the fully open state or the fully closed state in a short time.
[0013]
FIG. 3 shows the configuration of the switching valve in Embodiment 1 using a ring-shaped ultrasonic motor having a hollow structure as a driving source. A ring-shaped bearing 14 and a ring-shaped wave spring 15 are used as a mechanism for pressing the rotor 12 and the stator 11 of the ring-shaped ultrasonic motor so as to obtain a pressing force. Due to the hollow structure, the inner diameter can be used as a gas passage. In addition, the rotor of the ring-shaped ultrasonic motor is used as a part of the switching valve as a rotary side shield plate.
[0014]
FIG. 4 shows a configuration of the switching valve in the first embodiment, in which the pressing force of the stator 11 and the rotor 12 of the ultrasonic motor is applied by the magnet 17 and the ring-shaped ultrasonic motor is used as a driving source. A ring-shaped magnet 17 is attached to the ring-shaped rotor 12, and a ring-shaped lining 13 is attached to the magnet 17. When the integrated rotor with the lining 13 is faced to the stator 11 (made of a magnetic material such as iron or stainless steel) of the ultrasonic motor, the rotor 12 and the stator 11 are interposed via the lining 13. A magnetic attraction force acts in between, and a pressing force required for the ultrasonic motor can be obtained. In addition, the rotor of the ring-shaped ultrasonic motor is used as a part of the switching valve as a rotary side shield plate.
[0015]
FIG. 5 shows the concept of the open / close state in the operation of the switching valve of the present invention in the first embodiment.
[0016]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, a first flow path including a pair of ultrasonic transducers for detecting a flow rate in a large flow rate range, a switching valve that opens and closes the first flow path, and an upstream side of the switching valve. A bypass is formed by a second flow path provided with a pair of ultrasonic transducers for detecting a small flow rate area while bypassing the downstream side. The measurement is performed by the ultrasonic flow rate measurement circuit section, and when the small flow rate range is measured, the switching valve is closed and the measurement is performed by the second ultrasonic flow rate measurement circuit section. By using a good ultrasonic motor, the flow rate can be accurately measured from a small flow rate range (5 L / h or less) to a large flow rate range (100 m3 / h, 160 m3 / h, etc.).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic flow meter according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a switching valve of the flow meter and an ultrasonic motor. FIG. Fig. 4 is a partial cross-sectional view showing a ring-shaped ultrasonic motor. Fig. 4 is a partial cross-sectional view showing a case where a pressing force of the ring-shaped ultrasonic motor is applied by a magnet. Schematic diagram showing the open state (b) Schematic diagram showing the switching valve of the same flow meter in the closed state
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st flow path 2 1st ultrasonic transducer 3 2nd flow path 4 2nd ultrasonic transducer 5 Switching valve 6 1st ultrasonic flow rate measurement part 7 2nd ultrasonic flow rate measurement part 8 Disk type Ultrasonic motor 11 Ring-shaped ultrasonic motor stator 12 Ring-shaped ultrasonic motor rotor 14 Ring-shaped bearing 15 Ring-shaped wave spring 17 Magnet
