JP2006112960A

JP2006112960A - Ultrasonic vortex flowmeter

Info

Publication number: JP2006112960A
Application number: JP2004301717A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshikura; 博史吉倉
Original assignee: Tokico Technology Ltd
Current assignee: Tokico System Solutions Co Ltd
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic vortex flowmeter, which is easily assembled and in which the width of the propagation route for ultrasonic beam for stably detecting Karman vortices, while stably fixing a piezoelectric element, is controlled so as to suppress variations in the flowmeters. <P>SOLUTION: In the ultrasonic vortex flowmeter, an ultrasonic transmitter 6 (ultrasonic receiver 7) is composed of the piezoelectric element 6a (7a) and a tube-wall section (propagation section) 33 (34), wherein a gap section and a propagation limiting section are formed. As a result, transmission (reception) of ultrasonic waves having sharp directivity can be achieved through the propagation limiting section in the tube-wall section (propagating section) 33. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、カルマン渦の発生周期に基づいて管路内を流れる被測流体の流量を計測する超音波渦流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter that measures the flow rate of a fluid to be measured that flows in a pipeline based on the generation period of Karman vortices.

超音波渦流量計は、被測流体の流れ方向と直交する方向に延在する渦発生体を流路内に設け、この渦発生体の下流に、少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器からなる渦検出センサを設けて構成される。超音波渦流量計は、この渦発生体の下流側流路に被測流体の流量（流速）に応じて発生するカルマン渦を渦検出センサにより検出し、検出したカルマン渦の発生周期に基づいて被測流体の流量（流速）を計測する。渦検出センサは、少なくとも一対の超音波を送信する超音波送信器と超音波を受信する超音波受信器とを、流路を挟んでそれぞれの送信面と受信面とが互いに対向するように配置して構成される。この渦検出センサは、渦発生体の下流側流路に被測流体の流量（流速）に応じて交番発生するカルマン渦を、送信側から発信された超音波と受信側で受信された超音波との間の位相変調量に基づいて検出する。 The ultrasonic vortex flowmeter is provided with a vortex generator extending in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid to be measured in the flow path, and at least a pair of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver downstream of the vortex generator. A vortex detection sensor comprising a vessel is provided. The ultrasonic vortex flowmeter uses a vortex detection sensor to detect Karman vortices generated according to the flow rate (velocity) of the fluid to be measured in the downstream flow path of the vortex generator, and based on the detected Karman vortex generation period Measure the flow rate (flow velocity) of the fluid to be measured. The vortex detection sensor has an ultrasonic transmitter that transmits at least a pair of ultrasonic waves and an ultrasonic receiver that receives ultrasonic waves, with each transmission surface and reception surface facing each other across the flow path. Configured. This vortex detection sensor generates Karman vortices that alternately generate in the downstream flow path of the vortex generator according to the flow rate (flow velocity) of the fluid to be measured. The ultrasonic wave transmitted from the transmission side and the ultrasonic wave received on the reception side. Detection is based on the phase modulation amount between

このように構成される超音波渦流量計において、安定した超音波の送受信を行うためには、超音波送信器又は超音波受信器において超音波を発生又は検出するために設けられている圧電素子の振動面（圧電面）を大きくして、その超音波ビーム幅を広くすることが有効である。一方、渦発生体の下流側流路に交番発生するカルマン渦を安定して検出するためには、被測流体中を伝播して超音波受信器により受信される超音波ビームの伝播経路幅を、カルマン渦のピッチＰ（同一方向にできるｎ番目のカルマン渦の頭と(ｎ＋１)番目のカルマン渦の頭との間隔であり、渦発生体の幅ｄによって決定され、一般に、Ｐ／２＝(１／０.５６)ｄ、又はＰ／２＝１.６ｄ〜１.８ｄ程度である）よりも小さくする必要がある。 In the ultrasonic vortex flowmeter configured as described above, in order to perform stable ultrasonic wave transmission / reception, a piezoelectric element provided for generating or detecting ultrasonic waves in an ultrasonic transmitter or ultrasonic receiver It is effective to widen the ultrasonic beam width by increasing the vibration surface (piezoelectric surface). On the other hand, in order to stably detect the Karman vortex generated alternately in the downstream flow path of the vortex generator, the propagation path width of the ultrasonic beam that propagates through the measured fluid and is received by the ultrasonic receiver is set. Karman vortex pitch P (the distance between the head of the nth Karman vortex and the head of the (n + 1) th Karman vortex formed in the same direction, determined by the width d of the vortex generator, and generally P / 2 = (1 / 0.56) d or P / 2 = about 1.6d to 1.8d).

これらから、渦発生体が設けられる被測流体の流路の口径に関して、圧電素子による安定した送受信特性を確保するための超音波ビーム幅と、カルマン渦を安定して検出するための超音波ビーム幅（伝播経路幅）とは、トレードオフな関係になっている。 From these, the ultrasonic beam width for ensuring stable transmission / reception characteristics by the piezoelectric element and the ultrasonic beam for stably detecting Karman vortices regarding the diameter of the flow path of the fluid to be measured provided with the vortex generator There is a trade-off relationship with the width (propagation path width).

そのため、超音波渦流量計では、カルマン渦を安定して検出するための超音波ビームの伝播経路幅に合わせて圧電素子の大きさを変えていたのでは、渦発生体が設けられる被測流体の流路の口径が小さい場合は、超音波ビームの安定した送受信特性の確保が難しくなるとともに、被測流体の流路の口径の相違によって圧電素子の共通化もはかれなくなる。 Therefore, in the ultrasonic vortex flowmeter, if the size of the piezoelectric element is changed in accordance with the propagation path width of the ultrasonic beam for stably detecting the Karman vortex, the fluid to be measured in which the vortex generator is provided When the diameter of the flow path is small, it is difficult to ensure stable transmission / reception characteristics of the ultrasonic beam, and the piezoelectric element is not shared due to the difference in the diameter of the flow path of the fluid to be measured.

そこで、従来の超音波渦流量計では、被測流体の流路の口径の相違に関わらず、安定した送受信特性の確保が容易な大きな口径に合わせた圧電素子を使用し、特開平１１−２７１１１３号公報に記載されているような超音波受信器構造の渦検出センサを採用することによって、カルマン渦を安定して検出するための超音波ビーム幅（伝播経路幅、同公報記載の超音波渦流量計では、受信ビーム幅が対応）を制御している。 Therefore, a conventional ultrasonic vortex flowmeter uses a piezoelectric element having a large diameter that can easily ensure stable transmission / reception characteristics regardless of the difference in the diameter of the flow path of the fluid to be measured. The ultrasonic beam width (propagation path width, ultrasonic vortex described in the publication) for stably detecting Karman vortices by adopting the vortex detection sensor of the ultrasonic receiver structure as described in the publication The flowmeter controls the receiving beam width).

図４は、この従来の超音波渦流量計の横断面である。 FIG. 4 is a cross section of this conventional ultrasonic vortex flowmeter.

図４において、超音波渦流量計１８は、被測流体（流れ方向を太矢印で示す）が流れる配管２に対して接続可能に設けられたハウジング３と、ハウジング３に形成された流路４を横切るようにして設けられた渦発生体５と、被測流体の流れによって渦発生体５の後流に生じるカルマン渦Ｋの発生領域Ｅを挟んで渦発生体５と直交するように、互いに対向させてハウジング３の流路壁に設けられた一対の超音波送受信器６，７とを備えて構成されている。 In FIG. 4, an ultrasonic vortex flowmeter 18 includes a housing 3 provided so as to be connectable to a pipe 2 through which a fluid to be measured (flow direction is indicated by a thick arrow), and a flow path 4 formed in the housing 3. Between the vortex generator 5 provided across the vortex generator 5 and the vortex generator 5 across the generation region E of the Karman vortex K generated in the wake of the vortex generator 5 due to the flow of the fluid to be measured. A pair of ultrasonic transmitters / receivers 6 and 7 provided on the flow path wall of the housing 3 so as to oppose each other are provided.

超音波送受信器６，７はそれぞれ、圧電素子６ａ，７ａが、ハウジング３の外周部に設けられた取付穴８，９内に挿入され、ハウジング３に螺着、溶着または接着等によって固定される蓋部材１０によりシリコンゴム等の弾性体１１を介して押圧されて、振動板６ｂ，７ｂを形成する管壁に接着剤またはグリース等の音響接合剤１２を介して密着固定（接合）された構成になっている。 In the ultrasonic transceivers 6 and 7, the piezoelectric elements 6 a and 7 a are respectively inserted into mounting holes 8 and 9 provided in the outer peripheral portion of the housing 3, and are fixed to the housing 3 by screwing, welding, adhesion, or the like. A configuration in which the lid member 10 is pressed through an elastic body 11 such as silicon rubber, and is tightly fixed (bonded) to a tube wall forming the diaphragms 6b and 7b via an acoustic bonding agent 12 such as an adhesive or grease. It has become.

その上で、超音波受信器７の圧電素子７ａの取付穴９の底部（振動板７ｂ）の中央部には、圧電素子７ａの超音波受信面（振動面）よりも被測流体の流れ方向に沿った方向の幅Ｗ１が小さな接合部１９が突出され、この接合部１９には圧電素子７ａの超音波受信面が音響接合剤１２を介して接合されている。この接合部１９は、流路４内の流体中を伝播して受信側の振動板７ｂに到達した超音波を、圧電素子７ａの超音波受信面に伝達するための音響伝達経路を形成する。 In addition, the flow direction of the fluid to be measured is higher than the ultrasonic wave receiving surface (vibrating surface) of the piezoelectric element 7a at the center of the bottom (vibrating plate 7b) of the mounting hole 9 of the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7. A joint portion 19 having a small width W1 in the direction along the line is projected, and an ultrasonic wave receiving surface of the piezoelectric element 7a is joined to the joint portion 19 via an acoustic joining agent 12. The joint 19 forms an acoustic transmission path for transmitting the ultrasonic wave that has propagated through the fluid in the flow path 4 and reached the receiving diaphragm 7b to the ultrasonic receiving surface of the piezoelectric element 7a.

この場合、被測流体の流れ方向に沿った方向の接合部１９の幅Ｗ１は、渦発生体５の幅ｄによって決定されるカルマン渦ＫのピッチＰに基づいて、その幅Ｗ１（被測流体の流れ方向に沿った寸法）が渦ピッチＰの１／２よりも小さくなるようにしてある（Ｗ１＜Ｐ／２）。具体的には、渦発生体５の幅ｄと渦ピッチＰとの関係（一般に、Ｐ／２＝(１／０.５６)ｄ、又はＰ／２＝１.６ｄ〜１.８ｄ程度）に基づいて、例えば、渦発生体５の幅ｄに対してＷ１＜１.６ｄ〜１.８ｄ、望ましくはＷ１≦(１／０.５６)ｄの関係になっている。このように構成された接合部１９は、渦発生体５の後流に生成されるカルマン渦Ｋの１つによって変調された超音波を、次のようにして受信する。 In this case, the width W1 of the joint portion 19 in the direction along the flow direction of the measured fluid is based on the pitch P of the Karman vortex K determined by the width d of the vortex generator 5 (the measured fluid W1). (A dimension along the flow direction) is smaller than ½ of the vortex pitch P (W1 <P / 2). Specifically, the relationship between the width d of the vortex generator 5 and the vortex pitch P (generally, P / 2 = (1 / 0.56) d, or P / 2 = about 1.6d to 1.8d). Based on this, for example, the relationship of W1 <1.6d to 1.8d, preferably W1 ≦ (1 / 0.56) d, with respect to the width d of the vortex generator 5 is established. The joint 19 configured as described above receives an ultrasonic wave modulated by one of the Karman vortices K generated in the wake of the vortex generator 5 as follows.

まず、超音波送信器６の圧電素子６ａから発信された超音波は、所定の送信ビーム幅Ｔの指向性（広がり）をもって被測流体中を伝播し、カルマン渦Ｋによって変調されて受信側の振動板７ｂに到達する。そして、到達した超音波は、接合部１９によって形成される音響伝達路及び音響接合剤１２を介して、圧電素子７ａによって受信される。 First, the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric element 6a of the ultrasonic transmitter 6 propagates in the fluid under measurement with a directivity (expansion) of a predetermined transmission beam width T, is modulated by the Karman vortex K, and is received on the receiving side. It reaches the diaphragm 7b. Then, the reached ultrasonic wave is received by the piezoelectric element 7 a via the acoustic transmission path formed by the joint portion 19 and the acoustic joining agent 12.

このとき、受信側の振動板７ｂには、圧電素子７ａの超音波受信面と振動板７ｂとの間に接合部１９によって空間Ｓが形成されているので、到達した超音波の伝達経路を接合部１９の幅Ｗ１に限定して、圧電素子７ａの受信ビーム幅Ｒ１をカルマン渦のピッチＰの１／２よりも小さい接合部１９の幅Ｗ１に限定できる。 At this time, since the space S is formed by the joint portion 19 between the ultrasonic wave receiving surface of the piezoelectric element 7a and the vibration plate 7b, the transmission path of the reached ultrasonic wave is bonded to the vibration plate 7b on the reception side. The receiving beam width R1 of the piezoelectric element 7a can be limited to the width W1 of the joint portion 19 that is smaller than ½ of the Karman vortex pitch P.

この結果、微小流量の計測のため、管路４の小径化にともなって渦発生体５の幅ｄが小さくなり、カルマン渦ＫのピッチＰが小さくなった場合でも、渦発生体５の幅ｄによって決定される渦ピッチＰに応じて接合部１９の幅Ｗ１を充分小さく設定することにより、超音波受信器７の圧電素子７ａの寸法を小さくすることなく、所望の超音波の受信ビーム幅Ｒ１を得ることができ、単一のカルマン渦Ｋによる変調を連続的に受けた超音波を受信して流量の計測精度を高めることができるようになっている。 As a result, even when the width d of the vortex generator 5 is reduced as the diameter of the conduit 4 is reduced and the pitch P of the Karman vortex K is reduced, the width d of the vortex generator 5 is measured. By setting the width W1 of the joint 19 to be sufficiently small according to the vortex pitch P determined by the above, the desired ultrasonic reception beam width R1 without reducing the size of the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7 Thus, the ultrasonic wave continuously modulated by the single Karman vortex K can be received to improve the flow rate measurement accuracy.

特開平１１−２７１１１３号公報JP-A-11-271113

上述した従来構成の超音波渦流量計１８では、圧電素子７ａは、ハウジング３の取付穴９に嵌合可能な嵌め合い寸法の外周部を有するリテーナ２０の端面に形成された凹部にその背部を当接させ、リテーナ２０に嵌合された状態でハウジング３の取付穴９内にリテーナ２０と一体で収容配置される。その上で、圧電素子７ａは、ハウジング３に螺着、溶着又は接着等によって固定される蓋部材１０によって、シリコンゴム等の弾性体１１を介してリテーナ２０とともに取付穴９の軸方向に接合部１９側に押圧されることによって、流路４に対する平行度が確保される構成になっている。 In the ultrasonic vortex flowmeter 18 having the conventional configuration described above, the piezoelectric element 7 a has a back portion in a recess formed in an end surface of the retainer 20 having an outer peripheral portion having a fitting size that can be fitted into the mounting hole 9 of the housing 3. The retainer 20 is accommodated and disposed integrally with the retainer 20 in the mounting hole 9 of the housing 3 in a state of being brought into contact with the retainer 20. In addition, the piezoelectric element 7a is joined to the housing 3 in the axial direction of the mounting hole 9 together with the retainer 20 via the elastic body 11 such as silicon rubber by the lid member 10 fixed to the housing 3 by screwing, welding or adhesion. The parallelism with respect to the flow path 4 is ensured by being pressed to the 19th side.

しかしながら、上述した従来構成の超音波渦流量計１８では、圧電素子７ａはハウジング３の取付穴９内にリテーナ２０と一体で収容配置されるため、超音波送受信器６，７を収容したハウジング部分が肉厚になって、その流路面積に比して超音波渦流量計１８のハウジング３が大きくなってしまう。そのため、ハウジング３と渦発生体５や取付穴９といったセンサ部を成型で一体的に構成する場合には、不向きであるという問題点があった。 However, in the ultrasonic vortex flowmeter 18 having the conventional configuration described above, the piezoelectric element 7a is housed and disposed integrally with the retainer 20 in the mounting hole 9 of the housing 3, so that the housing portion housing the ultrasonic transceivers 6 and 7 is accommodated. Becomes thick, and the housing 3 of the ultrasonic vortex flowmeter 18 becomes larger than the flow path area. Therefore, there is a problem that the housing 3 and the sensor unit such as the vortex generator 5 and the mounting hole 9 are unsuitable when integrally formed by molding.

また、圧電素子７ａの流路４に対する平行度をリテーナ２０によって確保する一方で、蓋部材１０によって、リテーナ２０を介在させ、圧電素子７ａの受信面（振動面）中央部を振動板７ｂの接合部１９に対して押圧当接させる構成を採用している。そのため、流路の口径が小さな微小流量計測用の超音波渦流量計に適用した場合は、渦ピッチＰが２〜３ｍｍになり、安定して渦を検出できる超音波の受信ビーム幅Ｒ１が１ｍｍ程度になってしまって接合部１９の幅Ｗ１も狭くなるため、リテーナ２０の取付穴９に対する取付精度（嵌合精度）等といったその組み立てにおける僅かな個体差によって、圧電素子７ａの固定が流量計相互間で不安定になり、超音波ビームの透過特性にばらつきが生じる等の問題点があった。 In addition, while the retainer 20 ensures parallelism of the piezoelectric element 7a with respect to the flow path 4, the retainer 20 is interposed by the lid member 10, and the center of the receiving surface (vibration surface) of the piezoelectric element 7a is joined to the diaphragm 7b. A configuration of pressing and contacting the portion 19 is employed. Therefore, when applied to an ultrasonic vortex flowmeter for micro flow measurement with a small diameter of the flow path, the vortex pitch P is 2 to 3 mm, and the received beam width R1 of ultrasonic waves capable of stably detecting the vortex is 1 mm. Since the width W1 of the joint portion 19 becomes narrower, the piezoelectric element 7a is fixed due to slight individual differences in the assembly such as the mounting accuracy (fitting accuracy) of the retainer 20 to the mounting hole 9 and the like. There have been problems such as instability between each other and variation in the transmission characteristics of the ultrasonic beam.

本発明は上述した問題点を鑑みなされたものであって、圧電素子を安定に固定しながらカルマン渦を安定して検出するための超音波ビームの伝播経路幅（超音波ビームの受信ビーム幅Ｒ１）を流量計相互間のばらつきを抑えて制御することができ、その組み立ても容易な超音波渦流量計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a propagation path width of an ultrasonic beam for stably detecting a Karman vortex while stably fixing a piezoelectric element (received beam width R1 of an ultrasonic beam). It is an object to provide an ultrasonic vortex flowmeter that can be controlled with less variation between flowmeters and can be easily assembled.

本発明の超音波渦流量計は、上述した課題を解決するために、被測流体が流れる流路内に渦発生体を設け、この渦発生体の下流側流路のカルマン渦の発生領域には、少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器を互いに流路を挟んで対向させて設け、この少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器によって検出されるカルマン渦の発生周期に基づいて被測流体の流量を計測する超音波渦流量計であって、その少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器は、圧電素子と、この圧電素子の圧電面と圧電面に対向する流路内壁面との間で超音波を伝播する伝播部とをそれぞれ有し、さらにこの一対の超音波送信器及び超音波受信器の中の少なくとも一方の伝播部には、被測流体の流れ方向に沿って音響インピーダンスの異なる部位を形成して、超音波の伝播部における被測流体の流れ方向に沿った伝播経路幅を、圧電素子の圧電面の被測流体の流れ方向に沿った面幅に比して狭小に規制してなり、かつその圧電素子の圧電面は、被測流体の流れ方向にその両端側と中間部とが少なくとも前記伝播部に接合されて支持されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the ultrasonic vortex flowmeter of the present invention is provided with a vortex generator in a flow path through which a fluid to be measured flows, and in a Karman vortex generation region in a downstream flow path of the vortex generator. Is based on the generation period of Karman vortices detected by at least a pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers, facing each other across the flow path. An ultrasonic vortex flowmeter for measuring a flow rate of a fluid to be measured, wherein at least a pair of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver includes a piezoelectric element, a piezoelectric surface of the piezoelectric element, and a flow opposite to the piezoelectric surface. Each of the pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers includes at least one of the pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers. Different parts of acoustic impedance along The propagation path width along the flow direction of the fluid to be measured in the ultrasonic wave propagation part is restricted to be narrower than the surface width along the flow direction of the fluid to be measured on the piezoelectric surface of the piezoelectric element. Further, the piezoelectric surface of the piezoelectric element is characterized in that both end sides and an intermediate portion thereof are supported by being bonded to at least the propagation portion in the flow direction of the fluid to be measured.

その上で、伝播部は、流路を形成する流路管の互いに対向する管壁部によって構成され、音響インピーダンスの異なる部位は、当該管壁部内に形成された空隙部、又は当該管壁部の外周面に形成された溝部によって構成されていることを特徴とする。 In addition, the propagation part is configured by mutually opposing tube wall portions of the flow channel tube forming the flow channel, and the portion having different acoustic impedance is the gap formed in the tube wall portion or the tube wall portion. It is comprised by the groove part formed in the outer peripheral surface of this.

また、伝播部は、流路を形成する流路管と、この流路管の互いに対向する管壁部の外周面に接合されて圧電素子の圧電面を支持する圧電素子支持部材とによって構成され、音響インピーダンスの異なる部位は、当該圧電素子支持部材に形成された空隙部、又は当該圧電素子支持部材の接合面に形成された溝部によって構成されていることを特徴とする。 The propagation part is configured by a flow path tube that forms a flow path, and a piezoelectric element support member that is bonded to the outer peripheral surface of the pipe wall portion facing each other and supports the piezoelectric surface of the piezoelectric element. The parts having different acoustic impedances are constituted by gaps formed in the piezoelectric element support member or grooves formed on the bonding surface of the piezoelectric element support member.

本発明の超音波渦流量計によれば、圧電素子の圧電面は被測流体の流れ方向に沿ってその両端側及び中間部において伝播部に接合されて構成されているから、渦発生体が設けられた流路の口径の相違に関わらず、圧電素子を伝播部に安定させて固定することができる。 According to the ultrasonic vortex flowmeter of the present invention, the piezoelectric surface of the piezoelectric element is configured to be joined to the propagation part at both end sides and the intermediate part along the flow direction of the fluid to be measured. Regardless of the difference in the diameter of the flow path provided, the piezoelectric element can be stably fixed to the propagation part.

さらに、この伝播部には、被測流体の流れ方向に沿って音響インピーダンスの異なる部位を形成して、超音波の伝播部における被測流体の流れ方向に沿った伝播経路幅を、圧電素子の圧電面の被測流体の流れ方向に沿った面幅に比して狭小に規制してなるから、被測流体中を伝播する又は伝播してきた超音波の伝播経路幅を、圧電素子の圧電面の被測流体の流れ方向に沿った面幅によらずに、渦発生体が設けられた流路の口径の相違に応じて適確かつ容易に制御することができ、その組み立ても容易になる。 Further, in this propagation part, a part having different acoustic impedance is formed along the flow direction of the fluid to be measured, and the propagation path width along the flow direction of the fluid to be measured in the propagation part of the ultrasonic wave is determined by the piezoelectric element. Since the piezoelectric surface is restricted to be narrower than the surface width along the flow direction of the fluid to be measured, the propagation path width of the ultrasonic wave propagating through the fluid to be measured or the propagation of the ultrasonic wave is determined by the piezoelectric surface of the piezoelectric element. Regardless of the surface width along the flow direction of the fluid to be measured, it can be accurately and easily controlled according to the difference in the diameter of the flow path provided with the vortex generator, and its assembly is also facilitated. .

さらにまた、本発明の超音波渦流量計によれば、上述のように圧電素子を安定に固定しながら被測流体中を伝播する又は伝播してきた超音波の伝播経路幅を制御することができるので、一対の超音波送信器及び超音波受信器を備えて構成される渦検出センサの送受信特性に関して、流量計相互間のばらつきを低減できるとともに、渦発生体が設けられた流路の口径の相違する流量計同士についても、それぞれの圧電素子を共通化することができる。 Furthermore, according to the ultrasonic vortex flowmeter of the present invention, it is possible to control the propagation path width of the ultrasonic wave that propagates or propagates in the measured fluid while stably fixing the piezoelectric element as described above. Therefore, regarding the transmission / reception characteristics of the vortex detection sensor configured to include a pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers, variation between flow meters can be reduced, and the diameter of the flow path provided with the vortex generator can be reduced. The piezoelectric elements can be shared by different flow meters.

本発明の超音波渦流量計の実施の形態について、図面に基づき説明する。なお、その説明にあたって、図４に示した従来の超音波渦流量計１８の構成と同一又は同様な構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Embodiments of the ultrasonic vortex flowmeter of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the same or similar components as those of the conventional ultrasonic vortex flowmeter 18 shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図１は、本発明の第一の実施の形態の超音波渦流量計の構成図である。図１において、
図１（ａ）は、本実施の形態の超音波渦流量計の横断面を示し、図１（ｂ）は、本実施の形態の超音波渦流量計に関して、図１（ａ）中に記載したＢ−Ｂ矢視方向の縦断面図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of the ultrasonic vortex flowmeter according to the first embodiment of the present invention. In FIG.
FIG. 1A shows a transverse section of the ultrasonic vortex flowmeter of the present embodiment, and FIG. 1B shows the ultrasonic vortex flowmeter of the present embodiment in FIG. 1A. It is the longitudinal cross-sectional view of the BB arrow direction.

図１に示すように、本実施の形態の超音波渦流量計１-１の流路４を構成するハウジング３は、両端に流入口及び流出口が形成されたフランジ部の形成された円筒の配管部材３０によって構成されている。そして、ハウジング３を構成する配管部材３０の外周面には、流路４内に配置された渦発生体５の立設方向と平行な面を有する圧電素子固定面３１，３２が、渦発生体５を中心とする対称位置に形成されている。図示の例では、圧電素子固定面３１，３２は、円筒の配管部材３０の断面円環状の管壁部の一部を、渦発生体５の立設方向と平行な弦方向に沿って除去するようにして形成されている。そして、圧電素子固定面３１，３２が形成された部分の配管部材３０の管壁部分３３，３４は、その流路径方向の肉厚が他の外周部分に対して薄肉に形成されており、伝播部を構成するようになっている。 As shown in FIG. 1, the housing 3 constituting the flow path 4 of the ultrasonic vortex flowmeter 1-1 of the present embodiment is a cylinder having a flange portion in which an inlet and an outlet are formed at both ends. The piping member 30 is used. On the outer peripheral surface of the piping member 30 constituting the housing 3, piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 having surfaces parallel to the standing direction of the vortex generator 5 disposed in the flow path 4 are provided. 5 is formed at a symmetrical position with 5 as the center. In the illustrated example, the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 remove a part of an annular tube wall portion of the cylindrical piping member 30 along a chord direction parallel to the standing direction of the vortex generator 5. It is formed in this way. The pipe wall portions 33 and 34 of the pipe member 30 where the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 are formed are formed so that the thickness in the radial direction of the flow path is thinner than the other outer peripheral portions. The part is configured.

さらに、本実施の形態の場合、外周に圧電素子固定面３１，３２が形成された管壁部分３３，３４には、渦発生体５の立設方向と平行に延びる２つの貫通孔３５・３６，３７・３８が、流路４の延設方向に沿って並んで形成されている。そして、貫通孔３５と貫通孔３６との流路４の延設方向に沿った設置間隔Ｗ１１、及び貫通孔３７と貫通孔３８との流路４の延設方向に沿った設置間隔Ｗ１２は、それぞれカルマン渦のピッチＰの１／２よりも小さい間隔になっている。その上で、流路４の延設方向に沿った貫通孔３５と貫通孔３６との間の管壁部分３９と、貫通孔３７と貫通孔３８との間の管壁部分４０とは、流路中心軸を中心にして対称関係を有し、流路４の延設方向に関して渦発生体５の下流側に位置するように配置されている。 Further, in the case of the present embodiment, two through holes 35 and 36 extending in parallel to the standing direction of the vortex generator 5 are formed in the tube wall portions 33 and 34 having the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 formed on the outer periphery. , 37 and 38 are formed side by side along the extending direction of the flow path 4. And the installation interval W11 along the extending direction of the flow path 4 between the through hole 35 and the through hole 36 and the installation interval W12 along the extending direction of the flow path 4 between the through hole 37 and the through hole 38 are: The intervals are smaller than 1/2 of the Karman vortex pitch P. In addition, the tube wall portion 39 between the through hole 35 and the through hole 36 along the extending direction of the flow path 4 and the tube wall portion 40 between the through hole 37 and the through hole 38 are flow-through. It has a symmetrical relationship with respect to the path center axis, and is arranged to be located downstream of the vortex generator 5 in the extending direction of the flow path 4.

この一対の２つの貫通孔３５・３６，３７・３８により、外周に圧電素子固定面３１，３２が形成された管壁部分（伝播部）３３，３４には、空隙部がそれぞれ形成される。また、貫通孔３５と貫通孔３６との間の管壁部分３９、及び貫通孔３７と貫通孔３８との間の管壁部分４０が、外周に圧電素子固定面３１，３２が形成された管壁部分（伝播部）３３，３４における、超音波の被測流体の流れ方向に沿った伝播経路幅を規制する伝播制限部を形成する。 By the pair of two through holes 35, 36, 37, and 38, void portions are formed in the tube wall portions (propagating portions) 33 and 34 in which the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 are formed on the outer periphery. Further, the tube wall portion 39 between the through hole 35 and the through hole 36 and the tube wall portion 40 between the through hole 37 and the through hole 38 are formed with piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 formed on the outer periphery. Propagation restricting portions for restricting the propagation path width along the flow direction of the ultrasonic fluid to be measured in the wall portions (propagating portions) 33 and 34 are formed.

これに対して、圧電素子６ａ，７ａは、前述した圧電素子固定面３１，３２には、圧電素子６ａ，７ａが、貫通孔３５・３６，３７・３８及び管壁部分３９，４０と流路４の径方向に重なるようにして、それぞれ音響接合剤１２を介して音響的に密着接合されている。その際、圧電素子６ａ，７ａは、超音波の振動が貫通孔（空隙部分）３５・３６を介する以外は、専ら残余中間部（伝播制限部）４５，４６を介して伝播するように、圧電素子６ａ，７ａの流路４の延設方向に沿った両端が、２つの貫通孔（空隙部分）３５・３６の両端，又は２つの貫通孔（空隙部分）３７・３８の両端から、それぞれ流路４の延設方向にはみ出さないようになっている。圧電素子６ａは、図示省略した駆動回路に接続されて励振され、上述した空隙部及び伝播制限部が形成された管壁部分（伝播部）３３と一体になって超音波送信器６を構成する。また、圧電素子７ａは、図示省略した位相比較回路等を有する渦検出回路に接続され、上述した空隙部及び伝播制限部が形成された管壁部分（伝播部）３４と一体になって超音波受信器７を構成する。そして、管壁部分（伝播部）３３の内壁面が、超音波送信器６の振動板６ｂになり、管壁部分（伝播部）３４の内壁面が、超音波受信器７の振動板７ｂになる。 On the other hand, in the piezoelectric elements 6a and 7a, the piezoelectric elements 6a and 7a are connected to the through-holes 35, 36, 37 and 38 and the pipe wall portions 39 and 40 on the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32, respectively. 4 are overlapped in the radial direction of 4 and are acoustically bonded to each other via the acoustic bonding agent 12. At that time, the piezoelectric elements 6a and 7a are piezoelectric so that ultrasonic vibrations propagate only through the remaining intermediate portions (propagation limiting portions) 45 and 46 except through the through holes (gap portions) 35 and 36. Both ends of the elements 6a and 7a along the extending direction of the flow path 4 flow from both ends of the two through holes (gap portions) 35 and 36 or from both ends of the two through holes (gap portions) 37 and 38, respectively. It does not protrude in the extending direction of the path 4. The piezoelectric element 6a is connected to a drive circuit (not shown) and excited, and constitutes the ultrasonic transmitter 6 integrally with the tube wall portion (propagation portion) 33 in which the above-described gap portion and propagation restriction portion are formed. . The piezoelectric element 7a is connected to a vortex detection circuit having a phase comparison circuit (not shown) and is integrated with the above-described tube wall portion (propagation portion) 34 in which the gap portion and the propagation restriction portion are formed. The receiver 7 is configured. The inner wall surface of the tube wall part (propagation part) 33 becomes the diaphragm 6 b of the ultrasonic transmitter 6, and the inner wall surface of the tube wall part (propagation part) 34 becomes the diaphragm 7 b of the ultrasonic receiver 7. Become.

次にこのように構成された本実施の形態の超音波渦流量計１-１の作用について説明する。 Next, the operation of the ultrasonic vortex flow meter 1-1 of the present embodiment configured as described above will be described.

超音波を生成する超音波送信器６の圧電素子６ａが励振されると、その振動（超音波振動）は、圧電素子６ａの圧電面から、音響接合剤１２を介して圧電素子６ａの圧電面と音響的に密着接合されている圧電素子固定面３１を介して、ハウジング３の管壁部分（伝播部）３３に伝播する。この圧電素子固定面３１に伝播された超音波は、管壁部分（伝播部）３３を、圧電素子固定面３１側から流路４の内壁面側へ向けて伝播される。 When the piezoelectric element 6a of the ultrasonic transmitter 6 that generates ultrasonic waves is excited, the vibration (ultrasonic vibration) is transmitted from the piezoelectric surface of the piezoelectric element 6a via the acoustic bonding agent 12 to the piezoelectric surface of the piezoelectric element 6a. And propagates to the tube wall portion (propagating portion) 33 of the housing 3 through the piezoelectric element fixing surface 31 that is acoustically tightly bonded. The ultrasonic wave propagated to the piezoelectric element fixing surface 31 is propagated through the tube wall portion (propagating portion) 33 from the piezoelectric element fixing surface 31 side toward the inner wall surface side of the flow path 4.

その際、超音波は、密度と音速の積で表現される音響インピーダンスの異なる媒体への伝播時には大きな減衰と反射が起こることから、管壁部分（伝播部）３３の貫通孔（空隙部分）３５，３６部分を伝播する超音波は、同じく管壁部分（伝播部）３３における管壁部分（伝播制限部）３９を伝播する超音波に比べて，非常に小さい音圧でしか伝播しない。そのため、管壁部分（伝播部）３３に形成された貫通孔（空隙部分）３５，３６部分、及び両貫通孔（空隙部分）３５，３６の間の管壁部分（伝播制限部）３９は、管壁部分（伝播部）３３の圧電素子固定面３１側から流路４の内壁面側へ向けて伝播する超音波のビーム幅Ｒ１を絞る効果がある。これにより、管壁部分（伝播部）３３における流路４の内壁面からは、流路４の延設方向に沿って音圧レベルが異なった状態で超音波が流路４中の被測流体に対して伝播されることになる。 At that time, since the ultrasonic wave is greatly attenuated and reflected when propagating to a medium having different acoustic impedance expressed by the product of density and sound velocity, the through-hole (gap part) 35 of the tube wall part (propagation part) 33 is generated. , 36 propagates only with a very small sound pressure as compared with the ultrasonic wave propagating through the tube wall portion (propagation limiting portion) 39 in the tube wall portion (propagation portion) 33. Therefore, the through-hole (gap part) 35 and 36 part formed in the pipe wall part (propagation part) 33, and the pipe wall part (propagation restriction part) 39 between both through-holes (gap part) 35 and 36 are: There is an effect of narrowing the beam width R1 of the ultrasonic wave propagating from the piezoelectric element fixing surface 31 side of the tube wall portion (propagating portion) 33 toward the inner wall surface side of the flow path 4. Thereby, from the inner wall surface of the flow path 4 in the pipe wall part (propagation part) 33, an ultrasonic wave is measured in the flow path 4 in a state where the sound pressure level is different along the extending direction of the flow path 4. Will be propagated to.

そして、管壁部分（伝播部）３３における流路４の内壁面から被測流体中に伝播した超音波は、渦発生体５の下流側に被測流体の流れにより交番発生するカルマン渦による変調を受けて、対向する管壁部分（伝播部）３４における流路４の内壁面に伝播する。 The ultrasonic wave propagated into the measured fluid from the inner wall surface of the flow path 4 in the tube wall portion (propagating portion) 33 is modulated by Karman vortices generated alternately by the flow of the measured fluid downstream of the vortex generator 5. In response, it propagates to the inner wall surface of the flow path 4 in the opposing tube wall part (propagation part) 34.

この管壁部分（伝播部）３４においても、被測流体から伝播された超音波は、流路４の内壁面から圧電素子固定面３１側へ向けて伝播される。 Also in the tube wall portion (propagating portion) 34, the ultrasonic wave propagated from the fluid to be measured is propagated from the inner wall surface of the flow path 4 toward the piezoelectric element fixing surface 31 side.

しかし、この場合も、管壁部分（伝播部）３３の伝播の場合と同様に、流路４の内壁面から圧電素子固定面３２側へ向けて伝播される超音波は、貫通孔（空隙部分）３７，３８部分に差し掛かると、減衰と反射により遮られる。これにより、管壁部分（伝播部）３４の圧電素子固定面３２から音響接合剤１２を介して受信側の圧電素子７ａの圧電面に伝達される超音波は、管壁部分（伝播部）３４における管壁部分（伝播制限部）４０を伝播した超音波だけとなる。 However, in this case as well, as in the case of propagation through the tube wall portion (propagation portion) 33, the ultrasonic wave propagated from the inner wall surface of the flow path 4 toward the piezoelectric element fixing surface 32 side is not transmitted through the through-hole (gap portion). ) When it reaches 37,38 part, it is blocked by attenuation and reflection. As a result, the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric element fixing surface 32 of the tube wall portion (propagating portion) 34 to the piezoelectric surface of the receiving-side piezoelectric element 7 a via the acoustic bonding agent 12 is the tube wall portion (propagating portion) 34. Only the ultrasonic wave propagated through the tube wall portion (propagation limiting portion) 40 in FIG.

そして、圧電素子７ａに伝播される超音波による振動は、電気信号に変換されて図示省略した位相比較回路等を有する渦検出回路に供給される。 And the vibration by the ultrasonic wave propagated to the piezoelectric element 7a is converted into an electric signal and supplied to a vortex detection circuit having a phase comparison circuit or the like not shown.

したがって、本実施の形態の超音波渦流量計１-１によれば、圧電素子６ａと空隙部並びに伝播制限部が形成された管壁部分（伝播部）３３とで構成される超音波送信器６、圧電素子７ａと空隙部並びに伝播制限部が形成された管壁部分（伝播部）３４とで構成される超音波受信器７とによって、結果として強い指向性を持った超音波の送受信が、貫通孔３５と貫通孔３６との流路４の延設方向に沿った設置間隔Ｗ１１、及び貫通孔３７と貫通孔３８との流路４の延設方向に沿った設置間隔Ｗ１２に対応した狭いビーム幅Ｒ１で実現できる。これにより、渦ピッチＰに対して十分狭いビーム幅Ｒ１での超音波の送受信が可能になる。 Therefore, according to the ultrasonic vortex flowmeter 1-1 of the present embodiment, an ultrasonic transmitter including the piezoelectric element 6a and the tube wall portion (propagation portion) 33 in which the gap portion and the propagation restriction portion are formed. 6. As a result, transmission and reception of ultrasonic waves having strong directivity are achieved by the ultrasonic receiver 7 including the piezoelectric element 7a and the tube wall portion (propagation portion) 34 in which the gap portion and the propagation restriction portion are formed. , Corresponding to the installation interval W11 along the extending direction of the flow path 4 between the through hole 35 and the through hole 36, and the installation interval W12 along the extending direction of the flow path 4 between the through hole 37 and the through hole 38. This can be realized with a narrow beam width R1. Thereby, transmission / reception of ultrasonic waves with a sufficiently narrow beam width R1 with respect to the vortex pitch P becomes possible.

さらに、本実施の形態の超音波渦流量計１-１によれば、管壁部分（伝播部）３３，３４に、渦発生体５の立設方向と平行に延びる２つの貫通孔３５・３６，３７・３８を、流路４の延設方向に沿って並んで形成しておくだけの構成なので、ハウジング３を成形する際に一体的に貫通孔３５，３６，３７，３８を成形したり、又は成形したハウジング３に貫通孔３５，３６，３７，３８を穴開け加工するだけで容易に製造することができる。また、圧電素子６ａ，７ａの固定作業も、本実施の形態の超音波渦流量計１-１の場合は、ハウジング３に形成された平坦な圧電素子固定面３１，３２に音響接合剤１２等を用いて音響的に密着接合するだけなので、従来のようにリテーナ２０や蓋部材１０を用いて圧電素子６ａ，７ａを見えない状態で取付穴８，９内に安定に固定化する必要もない。これにより、圧電素子６ａ，７ａの固定が流量計相互間で不安定になり、超音波ビームの透過特性にばらつきが生じるのを抑制することができ、その組み立ても容易になる。 Furthermore, according to the ultrasonic vortex flowmeter 1-1 of the present embodiment, the two through holes 35 and 36 extending in parallel to the standing direction of the vortex generator 5 are formed in the tube wall portions (propagating portions) 33 and 34. , 37 and 38 are simply formed side by side along the extending direction of the flow path 4, so that when the housing 3 is formed, the through holes 35, 36, 37 and 38 are formed integrally. Alternatively, it can be easily manufactured by simply drilling the through holes 35, 36, 37, 38 in the molded housing 3. In addition, in the case of the ultrasonic vortex flowmeter 1-1 of the present embodiment, the piezoelectric elements 6a and 7a are fixed to the flat piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 formed in the housing 3, and the acoustic bonding agent 12 and the like. Therefore, it is not necessary to stably fix the piezoelectric elements 6a and 7a in the mounting holes 8 and 9 using the retainer 20 and the lid member 10 in a state where they cannot be seen. . As a result, the fixing of the piezoelectric elements 6a and 7a becomes unstable between the flowmeters, and it is possible to suppress variations in the transmission characteristics of the ultrasonic beam, and the assembly thereof is facilitated.

次に、本発明の第二の実施の形態の超音波渦流量計１-２について、図２に基づいて説明する。 Next, an ultrasonic vortex flowmeter 1-2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図２は、本発明の第二の実施の形態の超音波渦流量計の構成図である。図２において、
図２（ａ）は、本実施の形態の超音波渦流量計の横断面を示し、図２（ｂ）は、本実施の形態の超音波渦流量計に関して、図２（ａ）中に記載したＢ−Ｂ矢視方向の縦断面図である。 FIG. 2 is a configuration diagram of the ultrasonic vortex flowmeter according to the second embodiment of the present invention. In FIG.
FIG. 2A shows a cross section of the ultrasonic vortex flowmeter of the present embodiment, and FIG. 2B describes the ultrasonic vortex flowmeter of the present embodiment in FIG. It is the longitudinal cross-sectional view of the BB arrow direction.

本実施の形態の超音波渦流量計１-２は、前述の第一の実施の形態の超音波渦流量計１-１ではハウジング３に直接形成した渦発生体５の立設方向と平行に延びる２つの貫通孔（空隙部分）３５・３６，３７・３８、及び両者間の管壁部分（伝播制限部）３９，４０を、ハウジング３とは別体に、圧電素子固定面３１，３２に取り付け固定される圧電素子３１，３２の圧電素子基台５１，５２によって形成したものである。 The ultrasonic vortex flowmeter 1-2 of the present embodiment is parallel to the standing direction of the vortex generator 5 formed directly on the housing 3 in the ultrasonic vortex flowmeter 1-1 of the first embodiment described above. Two extending through holes (gap portions) 35, 36, 37, and 38, and tube wall portions (propagation limiting portions) 39 and 40 between them are separated from the housing 3, and are attached to the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32. The piezoelectric element bases 51 and 52 of the piezoelectric elements 31 and 32 to be attached and fixed are formed.

圧電素子基台５１，５２は、圧電素子６ａ，７ａが音響接合剤１２等を用いて接合固定される面側とは反対側のハウジング固定面５３，５４に、ハウジング３の圧電素子固定面３１，３２に取り付けられた状態で、渦発生体５の立設方向とそれぞれの延設方向が同じ（平行）になるように、２つの溝部５５・５６，５７・５８が、流路４の延設方向に沿って間隔を置いて並ぶように形成されている。各圧電素子基台５１，５２において、２つの溝部５５・５６，５７・５８間のハウジング固定面５３，５４における残余中間部５９，６０は、カルマン渦のピッチＰの１／２よりも小さい幅Ｗ１１，Ｗ１２を有するようになっている。 The piezoelectric element bases 51 and 52 are arranged on the housing fixing surfaces 53 and 54 on the opposite side to the surface on which the piezoelectric elements 6 a and 7 a are bonded and fixed using the acoustic bonding agent 12 or the like, and the piezoelectric element fixing surface 31 of the housing 3. , 32, the two grooves 55, 56, 57, 58 extend the flow path 4 so that the standing direction of the vortex generator 5 and the extending direction thereof are the same (parallel). It is formed so as to be arranged at intervals along the installation direction. In each piezoelectric element base 51, 52, the remaining intermediate portions 59, 60 on the housing fixing surfaces 53, 54 between the two grooves 55, 56, 57, 58 have a width smaller than 1/2 of the Karman vortex pitch P. W11 and W12 are provided.

このように構成された本実施の形態の超音波渦流量計１-２によれば、各圧電素子基台５１，５２のハウジング固定面５３，５４側を、残余中間部５９，６０同士が流路中心軸を中心にして対称関係になり、流路４の延設方向に関して渦発生体５の下流側に位置するようにして、ハウジング３の圧電素子固定面３１，３２に接合固定することによって、２つの溝部５５・５６，５７・５８は前述した第一の実施の形態の超音波渦流量計１-１における２つの貫通孔（空隙部分）３５・３６，３７・３８として、また残余中間部５９，６０は同じく管壁部分（伝播制限部）３９，４０として機能するようになる。 According to the ultrasonic vortex flowmeter 1-2 of the present embodiment configured as described above, the remaining intermediate portions 59, 60 flow on the housing fixing surfaces 53, 54 side of the piezoelectric element bases 51, 52. By being bonded and fixed to the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 of the housing 3 so as to be symmetrical with respect to the center axis of the path and to be located downstream of the vortex generator 5 with respect to the extending direction of the flow path 4. The two grooves 55, 56, 57, and 58 are formed as two through holes (gap portions) 35, 36, 37, and 38 in the ultrasonic vortex flowmeter 1-1 of the first embodiment described above, and the remaining middle. Similarly, the portions 59 and 60 function as tube wall portions (propagation limiting portions) 39 and 40.

この結果、本実施の形態の超音波渦流量計１-２によっても、前述した第一の実施の形態の超音波渦流量計１-１の場合と同様な作用・効果を奏することができる。 As a result, the ultrasonic vortex flow meter 1-2 according to the present embodiment can provide the same operations and effects as those of the ultrasonic vortex flow meter 1-1 according to the first embodiment described above.

次に、本発明の第三の実施の形態の超音波渦流量計１-３について、図３に基づいて説明する。 Next, an ultrasonic vortex flow meter 1-3 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図３は、本発明の第三の実施の形態の超音波渦流量計の構成図である。図３において、
図３（ａ）は、本実施の形態の超音波渦流量計の横断面を示し、図３（ｂ）は、本実施の形態の超音波渦流量計に関して、図３（ａ）中に記載したＢ−Ｂ矢視方向の縦断面図である。 FIG. 3 is a configuration diagram of an ultrasonic vortex flowmeter according to the third embodiment of the present invention. In FIG.
FIG. 3A shows a transverse section of the ultrasonic vortex flowmeter of the present embodiment, and FIG. 3B describes the ultrasonic vortex flowmeter of the present embodiment in FIG. It is the longitudinal cross-sectional view of the BB arrow direction.

本実施の形態の超音波渦流量計１-３は、前述の第一の実施の形態の超音波渦流量計１-１ではハウジング３に直接形成した渦発生体５の立設方向と平行に延びる２つの貫通孔（空隙部分）３５・３６，３７・３８、及び両者間の管壁部分（伝播制限部）３９，４０を、ハウジング３の圧電素子固定面３１，３２に形成された２つの溝部４１・４２，４３・４４と圧電素子６ａ，７ａとを用いて構成している。この２つの溝部４１・４２，４３・４４は、圧電素子固定面３１，３２に、渦発生体５の立設方向とそれぞれの延設方向が同じ（平行）になるように、流路４の延設方向に沿って間隔を置いて並ぶように設けられている。そして、２つの溝部４１・４２，４３・４４間の圧電素子固定面３１，３２における残余中間部４５，４６は、カルマン渦のピッチＰの１／２よりも小さい幅Ｗ１１，Ｗ１２を有するようになっている。 The ultrasonic vortex flow meter 1-3 of the present embodiment is parallel to the standing direction of the vortex generator 5 directly formed on the housing 3 in the ultrasonic vortex flow meter 1-1 of the first embodiment described above. Two extending through holes (gap portions) 35, 36, 37, and 38, and tube wall portions (propagation limiting portions) 39 and 40 therebetween are formed on the two piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 of the housing 3. The groove portions 41, 42, 43 and 44 and the piezoelectric elements 6a and 7a are used. The two grooves 41, 42, 43, 44 are arranged on the piezoelectric element fixing surfaces 31, 32 so that the extending direction of the vortex generator 5 and the extending direction thereof are the same (parallel). It is provided so as to be arranged at intervals along the extending direction. The remaining intermediate portions 45 and 46 in the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 between the two groove portions 41 and 42 and 43 and 44 have widths W11 and W12 smaller than ½ of the Karman vortex pitch P. It has become.

このように構成された本実施の形態の超音波渦流量計１-３によれば、ハウジング３の溝部４１・４２，４３・４４以外の残余の圧電素子固定面３１，３２に、圧電素子６ａ，７ａを薄板状の架橋部材４７，４８を介して間接的に接合固定することによって、２つの溝部４１・４２，４３・４４は前述した第一の実施の形態の超音波渦流量計１-１における２つの貫通孔（空隙部分）３５・３６，３７・３８として、また残余中間部４５，４６は同じく管壁部分（伝播制限部）３９，４０として機能するようになる。 According to the ultrasonic vortex flowmeter 1-3 of the present embodiment configured as described above, the piezoelectric element 6a is formed on the remaining piezoelectric element fixing surfaces 31, 32 other than the groove portions 41, 42, 43, 44 of the housing 3. , 7a are indirectly joined and fixed through thin plate-like bridging members 47, 48, so that the two groove portions 41, 42, 43, 44 are the ultrasonic vortex flowmeter 1- of the first embodiment described above. 1 and the remaining intermediate portions 45 and 46 function as tube wall portions (propagation limiting portions) 39 and 40, respectively.

なお、本実施の形態において、圧電素子６ａ，７ａを架橋部材４７，４８を介して圧電素子固定面３１，３２に間接的に接合固定するようにしたのは、圧電素子６ａ，７ａの流路４の延設方向に沿った両端が、第一，第二の実施の超音波渦流量計１-１，１-２と同様に２つの貫通孔（空隙部分）３５・３６の両端，又は２つの貫通孔（空隙部分）３７・３８の両端から、それぞれ流路４の延設方向にはみ出さないようにして、圧電素子６ａ，７ａの圧電素子固定面３１，３２に対する取り付けの安定化をはかるとともに、超音波の振動が貫通孔（空隙部分）３５・３６を介する以外は、専ら残余中間部（伝播制限部）４５，４６を介して伝播するようにしたためである。 In the present embodiment, the piezoelectric elements 6a and 7a are indirectly bonded and fixed to the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 via the bridging members 47 and 48. 4, both ends along the extending direction are the ends of the two through-holes (gap portions) 35 and 36, as in the ultrasonic vortex flowmeters 1-1 and 1-2 of the first and second embodiments, or 2 The attachment of the piezoelectric elements 6a and 7a to the piezoelectric element fixing surfaces 31 and 32 is stabilized so as not to protrude from both ends of the two through holes (gap portions) 37 and 38 in the extending direction of the flow path 4, respectively. In addition, this is because the ultrasonic vibration propagates exclusively through the remaining intermediate portions (propagation limiting portions) 45 and 46 except through the through holes (gap portions) 35 and 36.

この結果、本実施の形態の超音波渦流量計１-３によっても、前述した第一，第二の実施の形態の超音波渦流量計１-１，１-２の場合と同様な作用・効果を奏することができる。 As a result, the ultrasonic vortex flowmeter 1-3 of the present embodiment also has the same effect as the ultrasonic vortex flowmeters 1-1 and 1-2 of the first and second embodiments described above. There is an effect.

以上説明したように、本発明の実施の形態の超音波渦流量計１は構成されるが、本発明の超音波渦流量計の実施の形態は、上述した構成に限られるものではない。 As described above, the ultrasonic vortex flowmeter 1 of the embodiment of the present invention is configured, but the embodiment of the ultrasonic vortex flowmeter of the present invention is not limited to the above-described configuration.

例えば、上述した超音波渦流量計１-１，１-２，１-３では、いずれも送受信のために超音波送信器６側の伝播部及び超音波受信器７側の伝播部両方に、空隙部及び伝播制限部を形成するように構成したが、ビーム幅Ｒ１の狭い超音波を受信するためには、超音波送信器６側又は超音波受信器７側いずれか一方の伝播部にのみに空隙部及び伝播制限部を構成するだけでよく、上述した超音波渦流量計１-１，１-２，１-３においても、超音波送信器６側又は超音波受信器７側いずれか一方の伝播部の空隙部及び伝播制限部を省略することも可能である。 For example, in the ultrasonic vortex flowmeters 1-1, 1-2, and 1-3 described above, both of the propagation unit on the ultrasonic transmitter 6 side and the propagation unit on the ultrasonic receiver 7 side are used for transmission and reception. Although the gap portion and the propagation restriction portion are formed, in order to receive an ultrasonic wave having a narrow beam width R1, only the propagation portion on either the ultrasonic transmitter 6 side or the ultrasonic receiver 7 side is used. In the ultrasonic vortex flowmeters 1-1, 1-2, and 1-3 described above, either the ultrasonic transmitter 6 side or the ultrasonic receiver 7 side may be used. It is also possible to omit the gap part and the propagation restriction part of one propagation part.

また、上述した超音波渦流量計１-１，１-２，１-３では、超音波送信器６及び超音波受信器７を一対だけ設けた超音波渦流量計を例に説明したが、本発明は、超音波送信器６及び超音波受信器７を複数対設けた超音波渦流量計にも適用可能である。 In the above-described ultrasonic vortex flowmeters 1-1, 1-2, and 1-3, the ultrasonic vortex flowmeter provided with only one pair of the ultrasonic transmitter 6 and the ultrasonic receiver 7 has been described as an example. The present invention is also applicable to an ultrasonic vortex flowmeter provided with a plurality of pairs of ultrasonic transmitters 6 and ultrasonic receivers 7.

本発明の第一の実施の形態の超音波渦流量計の構成図である。It is a block diagram of the ultrasonic vortex flowmeter of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二の実施の形態の超音波渦流量計の構成図である。It is a block diagram of the ultrasonic vortex flowmeter of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施の形態の超音波渦流量計の構成図である。It is a block diagram of the ultrasonic vortex flowmeter of 3rd embodiment of this invention. 従来の超音波渦流量計の横断面図である。It is a cross-sectional view of a conventional ultrasonic vortex flowmeter.

符号の説明Explanation of symbols

１-１，１-２，１-３超音波渦流量計
４流路
５渦発生体
６超音波送信器
７超音波受信器
６ａ，７ａ圧電素子
６ｂ，７ｂ振動板
１９接合部
３０配管部材
３１，３２圧電素子固定面
３３，３４管壁部分（伝播部）
３５・３６，３７・３８貫通孔（空隙部）
３９，４０管壁部分（伝播制限部）
４１，４２，４３，４４溝部（空隙部）
４５，４６残余中間部
４７，４８架橋部材
５１，５２圧電素子基台
５３，５４ハウジング固定面
５５，５６，５７，５８溝部（空隙部）
５９，６０残余中間部（伝播制限部）
Ｋカルマン渦 1-1, 1-2, 1-3 Ultrasonic vortex flowmeter 4 Flow path 5 Vortex generator 6 Ultrasonic transmitter 7 Ultrasonic receiver 6a, 7a Piezoelectric element 6b, 7b Diaphragm 19 Joint 30 Piping member 31 , 32 Piezoelectric element fixing surface 33, 34 Tube wall part (propagation part)
35/36, 37/38 Through hole (void)
39, 40 Tube wall part (propagation limiting part)
41, 42, 43, 44 Groove (gap)
45, 46 Remaining intermediate portion 47, 48 Bridging member 51, 52 Piezoelectric element base 53, 54 Housing fixing surface 55, 56, 57, 58 Groove (gap)
59,60 Remaining middle part (propagation restriction part)
K Karman vortex

Claims

被測流体が流れる流路内に渦発生体を設け、
該渦発生体の下流側流路のカルマン渦の発生領域には、少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器を互いに流路を挟んで対向させて設け、
前記少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器によって検出されるカルマン渦の発生周期に基づいて被測流体の流量を計測する超音波渦流量計であって、
前記少なくとも一対の超音波送信器及び超音波受信器は、圧電素子と、該圧電素子の圧電面と該圧電面に対向する流路内壁面との間で超音波を伝播する伝播部とをそれぞれ有し、
前記一対の超音波送信器及び超音波受信器の中の少なくとも一方の前記伝播部には、被測流体の流れ方向に沿って音響インピーダンスの異なる部位を形成して、超音波の前記伝播部における被測流体の流れ方向に沿った伝播経路幅を、前記圧電素子の圧電面の被測流体の流れ方向に沿った面幅に比して狭小に規制してなり、
かつ前記圧電素子の圧電面は、被測流体の流れ方向にその両端側と中間部とが少なくとも前記伝播部に接合されて支持されている
ことを特徴とする超音波渦流量計。 A vortex generator is provided in the flow path through which the fluid to be measured flows.
In the Karman vortex generation region of the downstream flow path of the vortex generator, at least a pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers are provided facing each other across the flow path,
An ultrasonic vortex flowmeter that measures a flow rate of a fluid to be measured based on a Karman vortex generation period detected by the at least one pair of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver,
The at least a pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers each include a piezoelectric element and a propagation unit that propagates ultrasonic waves between the piezoelectric surface of the piezoelectric element and the inner wall surface of the flow channel facing the piezoelectric surface. Have
In the propagation part of at least one of the pair of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers, a part having different acoustic impedance is formed along the flow direction of the fluid to be measured, and the ultrasonic wave in the propagation part The propagation path width along the flow direction of the measured fluid is restricted to be narrower than the width of the piezoelectric surface of the piezoelectric element along the flow direction of the measured fluid,
The piezoelectric vortex flowmeter is characterized in that the piezoelectric surface of the piezoelectric element is supported with at least both ends and an intermediate part thereof joined to the propagation part in the flow direction of the fluid to be measured.

前記伝播部は、流路を形成する流路管の互いに対向する管壁部によって構成され、前記音響インピーダンスの異なる部位は、当該管壁部内に形成された空隙部、又は当該管壁部の外周面に形成された溝部によって構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の超音波渦流量計。 The propagation part is configured by mutually opposing tube wall portions of a flow channel tube that forms a flow channel, and the portion having a different acoustic impedance is a void formed in the tube wall portion, or an outer periphery of the tube wall portion The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 1, wherein the ultrasonic vortex flowmeter is constituted by a groove formed on the surface.

前記伝播部は、流路を形成する流路管の管壁部と、該流路管の互いに対向する管壁部の外周面に接合されて前記圧電素子の圧電面を支持する圧電素子支持部材とによって構成され、前記音響インピーダンスの異なる部位は、当該圧電素子支持部材に形成された空隙部、又は当該圧電素子支持部材の接合面に形成された溝部によって構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の超音波渦流量計。 The propagation part is joined to the outer peripheral surface of the pipe wall part of the flow path pipe that forms the flow path and the pipe wall part of the flow path pipe facing each other, and supports the piezoelectric surface of the piezoelectric element. The part having different acoustic impedance is constituted by a gap formed in the piezoelectric element support member, or a groove formed in the bonding surface of the piezoelectric element support member. Item 2. The ultrasonic vortex flowmeter according to Item 1.