JPH11237263A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
- Publication number
- JPH11237263A JPH11237263A JP10054456A JP5445698A JPH11237263A JP H11237263 A JPH11237263 A JP H11237263A JP 10054456 A JP10054456 A JP 10054456A JP 5445698 A JP5445698 A JP 5445698A JP H11237263 A JPH11237263 A JP H11237263A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- ultrasonic flowmeter
- transducer
- wall surface
- ultrasonic waves
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 送受各トランスジューサ間の最短の伝播経路
から外れて伝播する超音波の成分の受信側への影響を低
減することにより、受信側トランスジューサにおける受
信時点を高精度で確定できる高精度の超音波流量計を提
供する。 【解決手段】 本発明の超音波流量計は、管路内を流れ
る流体中にトランスジューサ(T1,T2) が発生した超音波
を放射し、この超音波を受信し、伝播所要時間や周波数
シフト量などの特性から流体の流速や流量を測定する。
そして、この超音波流量計は、超音波が伝播する管路の
断面形状は概ね矩形状を呈すると共に、超音波の伝播経
路にほぼ平行な内壁面は緩慢の傾斜を有することによ
り、最短経路から外れて伝播する超音波の成分に対して
内壁面での反射の回数を増大させ、受信側のトランスジ
ューサへの到達時点を遅延させる。
から外れて伝播する超音波の成分の受信側への影響を低
減することにより、受信側トランスジューサにおける受
信時点を高精度で確定できる高精度の超音波流量計を提
供する。 【解決手段】 本発明の超音波流量計は、管路内を流れ
る流体中にトランスジューサ(T1,T2) が発生した超音波
を放射し、この超音波を受信し、伝播所要時間や周波数
シフト量などの特性から流体の流速や流量を測定する。
そして、この超音波流量計は、超音波が伝播する管路の
断面形状は概ね矩形状を呈すると共に、超音波の伝播経
路にほぼ平行な内壁面は緩慢の傾斜を有することによ
り、最短経路から外れて伝播する超音波の成分に対して
内壁面での反射の回数を増大させ、受信側のトランスジ
ューサへの到達時点を遅延させる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の伝播時間
差などから流体の流量や流速を計測する超音波流量計に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】測定対象の流体中に超音波を伝播させ、
その下流方向と上流方向への伝播時間の差から流量や流
速を計測する超音波流量計が広く使用されている。最も
簡単な構成の超音波流量計では、１対のトランスジュー
サ（電気／音響変換器あるいは超音波振動子）が流体内
の上流側と下流側とに対向させて設置される。しかなが
ら、通常は、トランスジューサを流路内に設置すること
に伴う流速の乱れなどの問題を回避するために、トラン
スジューサを流体の流路の外側に設置する場合が多い。 【０００３】このようにトランスジューサを流路の外部
に設置する超音波流量計では、図３に例示するように、
流路の外側に管路に対して斜めにかつ互いに対向するよ
うに１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２が設置され、矢
印で示す流れに対して所定の角度傾いた点線で示す超音
波の直線状の伝播路が形成される。図４に示すように管
路の一つの壁面に１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２を
設置するために、各トランスジューサを設置する面と対
向する管路の内壁面を反射面として利用することによっ
て、点線で示すＶ字形状の超音波の伝播経路を形成する
方式も知られている。更には、上下の内壁面上で反射を
３回生じさせることによりＷ字形状の超音波の伝播経路
を形成する方式も知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】流路の断面形状が円形
の場合の超音波の伝播経路は、図５（Ａ）中に点線で示
すように、対向するトランスジューサＴ１とＴ２の間を
直線で結ぶ最短経路と、この最短経路の周りに出現する
曲線状の多数の経路から成る。湾曲した外側の伝播経路
上を伝播した超音波は、直線状の最短経路を経た超音波
よりも遅れて受信されることになる。この結果、超音波
の受信波形が時間軸上で拡がってしまい、受信の時点、
従って、伝播所要時間を判別するのが困難になる。ま
た、この円形断面の導波管においても、矩形断面の場合
と同様に、直線で例示した伝播経路を経て受信側のトラ
ンスジューサに入射する反射波によっても受信波形が時
間軸上で拡がってしまうという問題がある。 【０００５】管路の内壁面を反射面として利用すること
によってＶ字形状やＷ字形状の超音波の伝播経路を形成
する流量計では、図５（Ｂ）に示すように、トランスジ
ューサを設置する管壁面と対向する内壁面に平面状の反
射面を確保するために、矩形断面形状の管路が利用され
る。このような矩形断面の管路では、トランスジューサ
Ｔ１，Ｔ２の一方から放射された超音波のうち側壁に対
して斜めに放射された成分が一方の側壁、下方の反射面
及び他方の側壁で反射されて他方のトランスジューサに
入射するので、側壁に平行に放射された成分よりも遅れ
て受信側のトランスジューサに入射し、ゼロクロス点な
どとして定義される受信時点の判別を困難にする。 【０００６】従って、本発明の目的は、最短の伝播経路
を経ない超音波成分の影響を低減することによって受信
時点を高精度で確定できる超音波流量計を提供すること
にある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の超音波流量計は、管路内を流れる流体中にトランス
ジューサが発生した超音波を放射し、この超音波を受信
し、伝播所要時間や周波数シフト量などの特性から流体
の流速又は流量を測定する超音波流量計であって、超音
波が伝播する管路の断面形状はほぼ矩形状を呈すると共
に、超音波の伝播経路にほぼ平行な内壁面は緩慢な傾斜
を有する。 【０００８】本発明の好適な実施の形態の超音波流量計
によれば、超音波の伝播経路にほぼ平行な内壁面は、外
側に膨らんだ形状を呈している。 【０００９】本発明の他の好適な実施例の形態の超音波
流量計によれば、超音波が伝播する管路の断面形状は、
矩形に外接する多角形である。 【００１０】本発明の更に他の好適な実施の形態の超音
波流量計によれば、矩形断面形状の管路の内壁面の一部
を反射面として利用してＶ字形状の伝播路を形成するも
のであり、この反射面として利用される内壁面の一部の
前後は、緩慢な傾斜を有している。 【００１１】 【実施例】図１は、本発明の一実施例の超音波流量計の
構成を示す断面図であり、（Ａ）は矩形管路の管軸を含
む面で切断した縦断面図、（Ｂ）と（Ｃ）のそれぞれ
は、縦断面図（Ａ）中にＢ−ＢとＣ−Ｃで示した切断面
に沿って切断した横断面図である。 【００１２】この超音波流量計によれば、流体の流路を
形成する概略矩形状の管路の上方の壁面に、１対のトラ
ンスジューサＴ１とＴ２が設置されている。管路のうち
トランスジューサＴ１とＴ２の間の超音波の伝播路が形
成される箇所では、この超音波の伝播方向とほぼ平行な
左右の内壁面の中央部分が外側に僅かに膨らむことによ
り緩慢な傾斜面を呈している。更に、（Ｂ）に示すよう
に、トランスジューサＴ１とＴ２の中間の位置では、下
方の内壁面は平坦な形状を呈するが、この平坦部の前後
では、（Ｃ）に示すように、下方の内壁面の中央部分が
外側に僅かに膨らむことにより緩慢な傾斜面を呈してい
る。 【００１３】トランスジューサＴ１とＴ２の一方から放
射される超音波のうち、図中にS0で示すように、左右の
側壁に対して平行に放射されて最短の伝播経路上を伝播
する成分は、側方の緩慢に傾斜した内壁面に入射するこ
となく、下方の内壁面のうちトランスジューサＴ１とＴ
２の中間に位置する傾斜面が形成されていない部分で反
射され、他方のトランスジューサに入射する。すなわ
ち、トランスジューサＴ１とＴ２の間にＶ字形状の伝播
経路が形成される。 【００１４】これに対して、トランスジューサＴ１とＴ
２の一方から放射される超音波のうち、図中にS1〜S6で
示すように、最短経路S0や側壁に対して傾斜した伝播経
路上を伝播する成分は、いずれも、下方や側方の内壁面
に形成された緩慢な傾斜面に入射し、この傾斜面への入
射角に依存した方向に反射される。 【００１５】これらの傾斜面で反射された超音波の成分
の大部分は、管路の内壁面の種々の箇所で多重反射を繰
り返すため、最短経路S0を経た成分が受信側のトランス
ジューサに到達したのち相当の時間が経過するまではこ
の受信側のトランスジューサには到達しない。あるい
は、受信側のトランスジューサに到達するとしても多重
反射を反復したため、振幅が大幅に減衰している。この
結果、ゼロクロス点（受信電圧波形が０voltの線を切る
時点）などによって定義される超音波の受信時点の識別
は、最短の伝播経路を経た超音波の成分を主体として行
われ、測定精度が向上する。 【００１６】図２は、上記実施例に対する変形例におけ
る管路の形状を示す断面図である。図２の（Ｂ）と
（Ｃ）は、図１の（Ｂ）と（Ｃ）とは反対に、内壁面の
中央部分が内側に僅かに膨らむことによってこれらの内
壁面上に緩慢な傾斜面が形成されている。この実施例で
も図１のものと同様に、傾斜面に入射した超音波は多重
反射を繰り返すことにより、最短の伝播経路を経た超音
波に重畳されなくなり、ゼロクロス点などによって決定
される超音波の受信時点が明確になる。 【００１７】以上、途中に反射面を設けてＶ字形状の伝
播経路を形成する構成を例示した。しかしながら、図３
に示したように、管路の壁面の両側に１対のトランスジ
ューサを設置してトランスジューサ間で直接超音波を送
受するような構成に対しても本発明を適用できる。この
場合、両側面や底面などにに緩慢な傾斜面が形成され
る。また、反射を３回生じさせることにより、Ｗ字状の
超音波の伝播経路を形成する場合にも本発明を適用でき
る。 【００１８】さらに、超音波の伝播時間差から流量を測
定する装置について本発明の説明した。しかしながら、
超音波のドップラーシフト量から流速や流量を測定する
形式の流量計にも本発明を適用できる。 【００１９】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波流量計は超音波と平行な内壁面に緩慢な傾斜面を形
成する構成であるから、最短の伝播経路から外れて内壁
面に入射する超音波の成分がそのような傾斜面で多重反
射を受け、その伝播時間が長引くと共に減衰量が増大す
る。この結果、最短の伝播経路を経た超音波の成分によ
って受信時点が定まり、測定精度が向上するという効果
が奏される。
差などから流体の流量や流速を計測する超音波流量計に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】測定対象の流体中に超音波を伝播させ、
その下流方向と上流方向への伝播時間の差から流量や流
速を計測する超音波流量計が広く使用されている。最も
簡単な構成の超音波流量計では、１対のトランスジュー
サ（電気／音響変換器あるいは超音波振動子）が流体内
の上流側と下流側とに対向させて設置される。しかなが
ら、通常は、トランスジューサを流路内に設置すること
に伴う流速の乱れなどの問題を回避するために、トラン
スジューサを流体の流路の外側に設置する場合が多い。 【０００３】このようにトランスジューサを流路の外部
に設置する超音波流量計では、図３に例示するように、
流路の外側に管路に対して斜めにかつ互いに対向するよ
うに１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２が設置され、矢
印で示す流れに対して所定の角度傾いた点線で示す超音
波の直線状の伝播路が形成される。図４に示すように管
路の一つの壁面に１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２を
設置するために、各トランスジューサを設置する面と対
向する管路の内壁面を反射面として利用することによっ
て、点線で示すＶ字形状の超音波の伝播経路を形成する
方式も知られている。更には、上下の内壁面上で反射を
３回生じさせることによりＷ字形状の超音波の伝播経路
を形成する方式も知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】流路の断面形状が円形
の場合の超音波の伝播経路は、図５（Ａ）中に点線で示
すように、対向するトランスジューサＴ１とＴ２の間を
直線で結ぶ最短経路と、この最短経路の周りに出現する
曲線状の多数の経路から成る。湾曲した外側の伝播経路
上を伝播した超音波は、直線状の最短経路を経た超音波
よりも遅れて受信されることになる。この結果、超音波
の受信波形が時間軸上で拡がってしまい、受信の時点、
従って、伝播所要時間を判別するのが困難になる。ま
た、この円形断面の導波管においても、矩形断面の場合
と同様に、直線で例示した伝播経路を経て受信側のトラ
ンスジューサに入射する反射波によっても受信波形が時
間軸上で拡がってしまうという問題がある。 【０００５】管路の内壁面を反射面として利用すること
によってＶ字形状やＷ字形状の超音波の伝播経路を形成
する流量計では、図５（Ｂ）に示すように、トランスジ
ューサを設置する管壁面と対向する内壁面に平面状の反
射面を確保するために、矩形断面形状の管路が利用され
る。このような矩形断面の管路では、トランスジューサ
Ｔ１，Ｔ２の一方から放射された超音波のうち側壁に対
して斜めに放射された成分が一方の側壁、下方の反射面
及び他方の側壁で反射されて他方のトランスジューサに
入射するので、側壁に平行に放射された成分よりも遅れ
て受信側のトランスジューサに入射し、ゼロクロス点な
どとして定義される受信時点の判別を困難にする。 【０００６】従って、本発明の目的は、最短の伝播経路
を経ない超音波成分の影響を低減することによって受信
時点を高精度で確定できる超音波流量計を提供すること
にある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の超音波流量計は、管路内を流れる流体中にトランス
ジューサが発生した超音波を放射し、この超音波を受信
し、伝播所要時間や周波数シフト量などの特性から流体
の流速又は流量を測定する超音波流量計であって、超音
波が伝播する管路の断面形状はほぼ矩形状を呈すると共
に、超音波の伝播経路にほぼ平行な内壁面は緩慢な傾斜
を有する。 【０００８】本発明の好適な実施の形態の超音波流量計
によれば、超音波の伝播経路にほぼ平行な内壁面は、外
側に膨らんだ形状を呈している。 【０００９】本発明の他の好適な実施例の形態の超音波
流量計によれば、超音波が伝播する管路の断面形状は、
矩形に外接する多角形である。 【００１０】本発明の更に他の好適な実施の形態の超音
波流量計によれば、矩形断面形状の管路の内壁面の一部
を反射面として利用してＶ字形状の伝播路を形成するも
のであり、この反射面として利用される内壁面の一部の
前後は、緩慢な傾斜を有している。 【００１１】 【実施例】図１は、本発明の一実施例の超音波流量計の
構成を示す断面図であり、（Ａ）は矩形管路の管軸を含
む面で切断した縦断面図、（Ｂ）と（Ｃ）のそれぞれ
は、縦断面図（Ａ）中にＢ−ＢとＣ−Ｃで示した切断面
に沿って切断した横断面図である。 【００１２】この超音波流量計によれば、流体の流路を
形成する概略矩形状の管路の上方の壁面に、１対のトラ
ンスジューサＴ１とＴ２が設置されている。管路のうち
トランスジューサＴ１とＴ２の間の超音波の伝播路が形
成される箇所では、この超音波の伝播方向とほぼ平行な
左右の内壁面の中央部分が外側に僅かに膨らむことによ
り緩慢な傾斜面を呈している。更に、（Ｂ）に示すよう
に、トランスジューサＴ１とＴ２の中間の位置では、下
方の内壁面は平坦な形状を呈するが、この平坦部の前後
では、（Ｃ）に示すように、下方の内壁面の中央部分が
外側に僅かに膨らむことにより緩慢な傾斜面を呈してい
る。 【００１３】トランスジューサＴ１とＴ２の一方から放
射される超音波のうち、図中にS0で示すように、左右の
側壁に対して平行に放射されて最短の伝播経路上を伝播
する成分は、側方の緩慢に傾斜した内壁面に入射するこ
となく、下方の内壁面のうちトランスジューサＴ１とＴ
２の中間に位置する傾斜面が形成されていない部分で反
射され、他方のトランスジューサに入射する。すなわ
ち、トランスジューサＴ１とＴ２の間にＶ字形状の伝播
経路が形成される。 【００１４】これに対して、トランスジューサＴ１とＴ
２の一方から放射される超音波のうち、図中にS1〜S6で
示すように、最短経路S0や側壁に対して傾斜した伝播経
路上を伝播する成分は、いずれも、下方や側方の内壁面
に形成された緩慢な傾斜面に入射し、この傾斜面への入
射角に依存した方向に反射される。 【００１５】これらの傾斜面で反射された超音波の成分
の大部分は、管路の内壁面の種々の箇所で多重反射を繰
り返すため、最短経路S0を経た成分が受信側のトランス
ジューサに到達したのち相当の時間が経過するまではこ
の受信側のトランスジューサには到達しない。あるい
は、受信側のトランスジューサに到達するとしても多重
反射を反復したため、振幅が大幅に減衰している。この
結果、ゼロクロス点（受信電圧波形が０voltの線を切る
時点）などによって定義される超音波の受信時点の識別
は、最短の伝播経路を経た超音波の成分を主体として行
われ、測定精度が向上する。 【００１６】図２は、上記実施例に対する変形例におけ
る管路の形状を示す断面図である。図２の（Ｂ）と
（Ｃ）は、図１の（Ｂ）と（Ｃ）とは反対に、内壁面の
中央部分が内側に僅かに膨らむことによってこれらの内
壁面上に緩慢な傾斜面が形成されている。この実施例で
も図１のものと同様に、傾斜面に入射した超音波は多重
反射を繰り返すことにより、最短の伝播経路を経た超音
波に重畳されなくなり、ゼロクロス点などによって決定
される超音波の受信時点が明確になる。 【００１７】以上、途中に反射面を設けてＶ字形状の伝
播経路を形成する構成を例示した。しかしながら、図３
に示したように、管路の壁面の両側に１対のトランスジ
ューサを設置してトランスジューサ間で直接超音波を送
受するような構成に対しても本発明を適用できる。この
場合、両側面や底面などにに緩慢な傾斜面が形成され
る。また、反射を３回生じさせることにより、Ｗ字状の
超音波の伝播経路を形成する場合にも本発明を適用でき
る。 【００１８】さらに、超音波の伝播時間差から流量を測
定する装置について本発明の説明した。しかしながら、
超音波のドップラーシフト量から流速や流量を測定する
形式の流量計にも本発明を適用できる。 【００１９】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波流量計は超音波と平行な内壁面に緩慢な傾斜面を形
成する構成であるから、最短の伝播経路から外れて内壁
面に入射する超音波の成分がそのような傾斜面で多重反
射を受け、その伝播時間が長引くと共に減衰量が増大す
る。この結果、最短の伝播経路を経た超音波の成分によ
って受信時点が定まり、測定精度が向上するという効果
が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の超音波流量計の構成を示す
断面図である。 【図２】本発明の他の実施例の超音波流量計における管
路の内壁面の形状を示す断面図である。 【図３】従来の典型的な超音波流量計の構成の一例を示
す断面図である。 【図４】従来の典型的な超音波流量計の他の構成の一例
を示す断面図である。 【図５】本発明の解決課題を説明するための断面図であ
る。 【符号の説明】 T1,T2 トランスジューサ S0 トランスジューサ間の最短の超音波の伝播経
路 S1〜S10 緩慢な傾斜を有する内壁面に入射する超音波
の伝播経路
断面図である。 【図２】本発明の他の実施例の超音波流量計における管
路の内壁面の形状を示す断面図である。 【図３】従来の典型的な超音波流量計の構成の一例を示
す断面図である。 【図４】従来の典型的な超音波流量計の他の構成の一例
を示す断面図である。 【図５】本発明の解決課題を説明するための断面図であ
る。 【符号の説明】 T1,T2 トランスジューサ S0 トランスジューサ間の最短の超音波の伝播経
路 S1〜S10 緩慢な傾斜を有する内壁面に入射する超音波
の伝播経路
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】管路内を流れる流体中にトランスジューサ
が発生した超音波を放射し、この超音波を受信し、伝播
所要時間や周波数シフト量などの特性から流体の流速又
は流量を測定する超音波流量計において、 前記超音波が伝播する管路の断面形状は概ね矩形状を呈
すると共に、超音波の伝播経路にほぼ平行な内壁面は緩
慢な傾斜を有することを特徴とする超音波流量計。 【請求項２】 請求項１において、 前記超音波の伝播経路にほぼ平行な内壁面は、外側に膨
らんだ形状を呈することを特徴とする超音波流量計。 【請求項２】 請求項１又は２において、 前記超音波が伝播する管路の断面形状は、矩形に外接す
る多角形であることを特徴とする超音波流量計。 【請求項４】 請求項１乃至３において、 前記超音波流量計は、矩形断面形状の管路の内壁面の一
部を反射面として利用してＶ字形状の伝播路を形成する
反射型の超音波流量計であることを特徴とする超音波流
量計。 【請求項５】 請求項４において、 前記超音波流量計は、前記反射面として利用される内壁
面の一部の前後は、緩慢な傾斜を有することを特徴とす
る超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10054456A JPH11237263A (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10054456A JPH11237263A (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 超音波流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11237263A true JPH11237263A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=12971192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10054456A Pending JPH11237263A (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11237263A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100919535B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2009-10-01 | 삼성전기주식회사 | 회절형 광변조기 |
| EP2154491A1 (en) | 2008-08-07 | 2010-02-17 | UAB Minatech | Ultrasonic flow meter, transducer assembly and method |
| CN101858762A (zh) * | 2010-05-19 | 2010-10-13 | 邓鲁坚 | 管壁反射式超声波流量传感器 |
-
1998
- 1998-02-19 JP JP10054456A patent/JPH11237263A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100919535B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2009-10-01 | 삼성전기주식회사 | 회절형 광변조기 |
| EP2154491A1 (en) | 2008-08-07 | 2010-02-17 | UAB Minatech | Ultrasonic flow meter, transducer assembly and method |
| CN101858762A (zh) * | 2010-05-19 | 2010-10-13 | 邓鲁坚 | 管壁反射式超声波流量传感器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031216 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040206 |