JPH0915011A - 超音波送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波流量計で、超音波の反射波の受信出力
を弱めて、流量計測精度をあげる。流量変化の速い気体
の流量を精度良く計測する。 【構成】 流管１の上流に配設した振動子２と下流に配
設した振動子３を互いに角度αだけ傾けて設置する。一
方の振動子２から送信されて直接振動子３に受信される
信号波に対して、振動子３で反射した後更に振動子２で
反射して振動子３に入射する反射波の受信出力は相対的
に弱くなり、計測精度に要影響しなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】超音波の速度とそれを伝える流体の速度
にはベクトル加算が成り立つことを利用して、流体の流
れる向きに対して順方向と逆方向に超音波を発射させ、
その伝搬時間（到着時間）の差を測定することによって
流体の速度（流量）を測定する伝搬速度差法を用いた流
量測定方法が公知である（例えば、昭和５４年日刊工業
新聞社発行、流量計測ハンドブック、Ｐ２４６〜２６０
参照）。

【０００２】この流量測定方法では、図３に示すよう
に、流管１の上流と下流に離れて対向配置した超音波振
動子２、３を送波器又は受波器として用いたときの順方
向と逆方向の伝搬時間ｔｄとｔｕとから、流体の速度Ｖ
を Ｖ＝（ｔｕ−ｔｄ）・Ｃ² ／２Ｌｃｏｓθ として求める時間差法や、 Ｖ＝〔（１／ｔｄ）−（１／ｔｕ）〕・Ｌ／２ｃｏｓθ として求める時間逆数差法等がある。

【０００３】なお、Ｃは音速、Ｌは振動子２と振動子３
の距離、θは振動子２の中心２ａと振動子３の中心３ａ
を結ぶ直線が流体の速度ベクトルＶ（つまり管１の軸
心）となす角度である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
振動子２と３が互いに真正面を向いて対向配置されてい
るので、一方の振動子２を送波器としてパルス駆動する
と、図４に符号イで示すような波形の信号波が他方の振
動子（受波器）３に受信される。この信号波は振動子３
の表面で反射して振動子２の表面に戻り、振動子２の表
面で反射して、振動子３に図４で符号ロで示す波形の反
射波として受信される。

【０００５】振動子２と３の間の距離Ｌが１００〜２０
０mmで、伝搬媒体としての被計測流体が気体で、かつ超
音波の周波数つまり駆動周波数が１００ｋＨｚ〜３００
ｋＨｚの条件で図３のように両振動子２と３を相対向さ
せて配置した場合の反射波の受信出力は、振動子面での
反射による損失及び媒体（気体）伝搬中の損失により信
号波の受信出力の１／１０程度の大きさとなる。

【０００６】ところが一般に超音波の到達（伝搬）時間
ｔｄやｔｕは図４に示す信号波イの第３波又は第５波で
検出するため受信信号の出力が小さい。そのため両振動
子を相対向させると、媒体の温度や流速が変化して信号
波に反射波が重なった場合に反射波が雑音となり、超音
波の到達時間を正確に検出できなくて、流量計測に無視
できない程の誤差を生じ、流量変化が速い流れを正確に
測定できないという問題点があった。

【０００７】そこで、本発明はこのような問題点を解消
できる超音波流量計の超音波送受信装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の超音波送受信装置は、流管（１）の上流と
下流に対向配置された一組の振動子（２）（３）の距離
が１００〜２００mmで、伝播媒体が気体で、駆動周波数
が１００〜３００ｋＨｚで、かつ信号波の第３波又は第
５波を検出して伝搬時間を計測し、この伝搬時間から流
体の流量を測定する超音波流量計において、前記一組の
振動子を構成する振動子（２）（３）の送・受信面が相
対向する位置より４〜８°傾けて配置されたことを特徴
とするものである。

【０００９】

【作用】反射波が受波器に入射する入射角が大きくなる
ので、反射波の受信出力が信号波の受信出力に対して小
さな比率になり、いわゆるＳ／Ｎが向上する。

【００１０】

【実施例】図１は実施例で、１は流管、２と３は流管１
の上流と下流に間隔を１００〜２００mm離して配置した
一組の超音波振動子、２ａ、３ａは各振動子２、３の振
動面の中心、θは両中心２ａ、３ａを結ぶ直線と媒体
（気体）の速度ベクトルＶとの交差する角度、αは振動
子２、３を傾けた角度で、４〜８°に定めている。なお
超音波の駆動周波数は１００〜３００ｋＨｚである。

【００１１】一方の振動子を１００〜３００ｋＨｚの超
音波でパルス駆動したときの伝搬時間（到達時間）ｔｄ
やｔｕは、信号波の第３波又は第５波を検出して計測す
る。そしてこの伝搬時間から流速Ｖを算出し、最終的に
流量を算出する。

【００１２】因みに、傾きの角度αを０°から１０°の
範囲で変化させたときの信号波の受信出力と反射波の受
信出力の最大振巾ＡとＢは表１のようで、同表にＡとＢ
の比率Ｂ／Ａも示す。このＢ／ＡはいわばＳ／Ｎに相当
する。

【００１３】

【表１】

【００１４】従って、傾きαを４〜８°にすると、信号
波受信出力Ａは、αが０°の場合より小さくなるが、十
分実用になる値である。またαを４〜８°にすると反射
波の受信出力Ｂが小さくなり、いわゆるＳ／Ｎに相当す
るＢ／Ａが小さくなるため、反射波が信号波に重なって
も支障にならない。そのためパルス駆動間隔を短くし
て、計測間隔を短くできる。

【００１５】その結果、流量変化の速い気体の流量を正
確に測定できる。また、測定を連続的に繰り返すことが
できるため、その面からも流量測定の精度を向上でき
る。なお、図２は送波器２と受波器３を、相対向する位
置からずらして配置した場合の超音波信号の反射の有様
を示す模式図で、信号波は受信器３へ角度α₁ の入射角
で受信されるが、反射波は受波器３へ大きな入射角α₂
で受信される。そのためα₂ ＞α₁ となり、反射波は計
測上問題ない程度に弱められる。そして信号波は受信器
３の中心３ａからわずかにずれ、その入射角も０°から
わずかα₁ だけずれるので、信号の大きさは幾分減少す
るが、計測には支障がない程度におさまる。図２で、４
は信号波、５は反射波を示す。

【００１６】

【発明の効果】本発明の超音波送受信装置は上述のよう
に構成されているので、送波器（振動子）を短い間隔で
駆動し、流量測定間隔を短くできるため、流量変化の速
い気体の流量を精度良く測定できる。

【００１７】また、効果的に測定の繰り返しを利用し
て、連続計測できるため、流量測定の分解能が上げられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の縦断面図である。

【図２】図１の実施例で、信号波と反射波の受波器（振
動子）への入射角を説明する模式図である。

【図３】従来技術の縦断面図である。

【図４】受波器（振動子）で受信される信号波と反射波
の出力波形を示す線図である。

【符号の説明】

１ 流管 ２、３ 振動子 ２ａ、３ａ 振動子の中心 θ 両振動子２、３の中心２ａ、３ａを結ぶ直
線と流速ベクトルＶのなす角度 α 傾き

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流管（１）の上流と下流に対向配置され
   た一組の振動子（２）（３）の距離が１００〜２００mm
   で、伝搬媒体が気体で、駆動周波数が１００〜３００ｋ
   Ｈｚで、かつ信号波の第３波又は第５波を検出して伝搬
   時間を計測し、この伝搬時間から流体の流量を測定する
   超音波流量計において、 前記一組の振動子を構成する振動子（２）（３）の送・
   受信面が相対向する位置より４〜８°傾けて配置された
   ことを特徴とする超音波送受信装置。