特許 6313048 計測ユニットおよびそれを備えた流量計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6313048

(24)【登録日】2018年3月30日

(45)【発行日】2018年4月18日

(54)【発明の名称】計測ユニットおよびそれを備えた流量計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20180409BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 101

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-2177(P2014-2177)

(22)【出願日】2014年1月9日

(65)【公開番号】特開2015-129723(P2015-129723A)

(43)【公開日】2015年7月16日

【審査請求日】2016年12月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニック株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000116633

【氏名又は名称】愛知時計電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 真人

(72)【発明者】

【氏名】中林 裕治

(72)【発明者】

【氏名】足立 明久

(72)【発明者】

【氏名】永原 英知

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 葵

(72)【発明者】

【氏名】服部 浩

(72)【発明者】

【氏名】高鍬 光臣

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５３７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第２５９４９０７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１０３０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１７１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−５３０６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／００− ９／０２

Ｇ０１Ｆ１５／００−１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の計測流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置に用いられる計測ユニットであって、
互いに超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、
前記超音波送受波器に電気的に接続されている基板と、
前記基板を支持する基板保持部、一対の前記超音波送受波器を互いに相対位置が固定されるように支持するセンサ保持部、および、前記計測流路部を係止するための係止部、を有する保持部材と、を備え、
前記計測流路部は、流入管部、中間流路部および流出管部から形成された流体流路の管路である流体流路部の前記中間流路部に収納され、かつ、内部が前記流体流路部と連通しており、
一対の前記超音波送受波器は、前記流体流路部の外壁と前記計測流路部の外壁との間に配置されている、計測ユニット。

【請求項2】

前記保持部材は、前記計測流路部の第１側板に沿った第１側部、前記計測流路部の第２側板に沿った第２側部、および、前記第１側部および前記第２側部の少なくともいずれか一方の側部から外方へ突き出した一対の設置部を有しており、
前記側部と前記設置部との間に前記超音波送受波器が配されている、請求項１に記載の計測ユニット。

【請求項3】

前記保持部材は、前記計測流路部の天板に沿い、かつ、前記第１側部および前記第２側部に対して垂直な天部を有しており、
前記天部に前記基板が固定されている、請求項２に記載の計測ユニット。

【請求項4】

前記天部と前記設置部との間が開口している、請求項３に記載の計測ユニット。

【請求項5】

一対の前記超音波送受波器が互いに前記計測流路部を挟んで対向して配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測ユニット。

【請求項6】

前記保持部材に固定されている反射部をさらに備え、
一対の前記超音波送受波器が前記反射部との間に前記計測流路部を挟んで配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の計測ユニット。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかの計測ユニットと、
前記計測流路部と、を備えている、流量計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測ユニットおよびそれを備えた流量計測装置に関し、特に、流体流路部に収納され、かつ、内部が流体流路部と連通する筒状の計測流路部において、流体流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置、およびそれに用いられる計測ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の流量計測装置として、流体流路部に収納されている計測流路部を用いた流量計測装置が知られている。たとえば、特許文献１に示す流量計測装置では、ゴムバンドを巻き付けた計測流路部をガス流路部に収容し、計測流路部の側面に２つの流速センサを配置している。このゴムバンドによりガス流路部の内面と計測流路部の外面との間の隙間を塞ぎ、ガス流路部のガスを計測流路部に導いて、計測流路部を流れるガスの流量を流速センサで計測している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２８３５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のような従来の流量計測装置では、流速センサが流量を計測する電気回路と離れて配置されているため、流速センサと電気回路とを接続するリード線の長さ寸法が大きくなる。この結果、リード線に外部ノイズが侵入する可能性が高まり、ノイズによる計測精度の低下を招いてしまう。

【0005】

また、２つの超音波送受波器のそれぞれを配置すると、この相対位置の誤差により流量計測装置の測定精度が低下してしまう。

【0006】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、計測精度の向上を図った計測ユニットおよびそれを備えた流量計測装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様に係る計測ユニットは、筒状の計測流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置に用いられる計測ユニットであって、互いに超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器に電気的に接続されている基板と、前記基板を支持する基板保持部、一対の前記超音波送受波器を互いに相対位置が固定されるように支持するセンサ保持部、および、前記計測流路部を係止するための係止部、を有する保持部材と、を備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、以上に説明した構成を有し、計測精度の向上を図った計測ユニットおよびそれを備えた流量計測装置を提供することができるという効果を奏する。

【0009】

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１に係る流量計測装置を備えたガスメータを示す図である。

【図2】図１の流量計測装置および中間流路部を示す分解斜視図である。

【図3】図２の流量計測装置を中間流路部に収納した状態を示す斜視図である。

【図4】本発明の実施の形態２に係る流量計測装置を中間流路部に収納した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

第１の本発明に係る計測ユニットは、筒状の計測流路部を流れる流体の流量を計測する流量計測装置に用いられる計測ユニットであって、互いに超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器に電気的に接続されている基板と、前記基板を支持する基板保持部、一対の前記超音波送受波器を互いに相対位置が固定されるように支持するセンサ保持部、および、前記計測流路部を係止するための係止部、を有する保持部材と、を備えている
第２の本発明に係る計測ユニットは、第１の発明において、前記基板に搭載された計測回路をさらに備え、前記計測回路は、一対の前記超音波送受波器の間を前記超音波が伝搬する時間を計測する伝搬時間計測部と、前記伝搬時間計測部により計測された時間に基づいて前記流体の流量を算出する演算部と、を有していてもよい。

【0012】

第３の本発明に係る計測ユニットでは、第１または第２の発明において、前記計測流路部は、流体流路部に収納され、かつ、内部が前記流体流路部と連通しており、一対の前記超音波送受波器は、前記流体流路部の外壁と前記計測流路部の外壁との間に配置されていてもよい。

【0013】

第４の本発明に係る計測ユニットでは、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記保持部材は、前記計測流路部の第１側板に沿った第１側部、前記計測流路部の第２側板に沿った第２側部、および、前記第１側部および前記第２側部の少なくともいずれか一方の側部から外方へ突き出した一対の設置部を有しており、前記側部と前記設置部との間に前記超音波送受波器が配されていてもよい。

【0014】

第５の本発明に係る計測ユニットでは、第４の発明において、前記保持部材は、前記計測流路部の天板に沿い、かつ、前記第１側部および前記第２側部に対して垂直な天部を有しており、前記天部に前記基板が固定されていてもよい。

【0015】

第６の本発明に係る計測ユニットでは、第５の発明において、前記天部と前記設置部との間が開口していてもよい。

【0016】

第７の本発明に係る計測ユニットでは、第１〜第６のいずれか１つの発明において、一対の前記超音波送受波器が互いに前記計測流路部を挟んで対向して配置されていてもよい。

【0017】

第８の本発明に係る計測ユニットは、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記保持部材に固定されている反射部をさらに備え、一対の前記超音波送受波器が前記反射部との間に前記計測流路部を挟んで配置されていてもよい。

【0018】

第９の本発明に係る流量計測装置は、第１〜第８のいずれか１つの発明の計測ユニットと、前記計測流路部と、を備えている。

【0019】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0020】

（実施の形態１）
（ガスメータの構成）
図１は、実施の形態１に係る流量計測装置１０を備えたガスメータ１２を概略的に示す図である。なお、以下、流体の一例としてガスについて説明するが、空気などの他の気体や、水などの液体を流体として用いることができる。ガス以外の流体の流量を計測する流量計測装置は、ガスの流量を計測する流量計測装置１０と同様であるため、その説明を省略する。

【0021】

ガスメータ１２は、図１に示すように、略直方体形状であって、その正面には、たとえば、表示部１４が設けられている。ガスメータ１２は内部空間を有し、内部空間に制御回路１６および流体流路部１８が設けられている。制御回路１６は、たとえば、計測されたガスの流量の情報を無線通信により送信するための無線通信用の集積回路（図示せず）、各部品を制御する集積回路（図示せず）、および、情報を記憶するメモリ（図示せず）を含んでいる。流体流路部１８は、流体流路を形成する管路であって、流入管部２０、中間流路部２２および流出管部２４を有している。なお、ガスは、流入管部２０から中間流路部２２を通り流出管部２４へ流れるため、このガスの流れに沿って相対的に上流側および下流側と称する。

【0022】

流入管部２０は柱形状の内部空間（流入路）を含み、流出管部２４は柱形状の内部空間（流出路）を含んでいる。流入管部２０の流入路および流出管部２４の流出路は、ガスメータ１２の本体の内部空間において互いに平行に延びている。流入管部２０の上流側端および流出管部２４の下流側端は、筒形状であって、本体から上方に突出している。流入管部２０は、その上流側端が、ガス供給元に繋がるガス配管（図示せず）に接続され、下流側端が中間流路部２２の流入口に接続されている。流出管部２４は、その下流側端が、ガス消費者に繋がるガス配管（図示せず）に接続され、上流側端が中間流路部２２の流出口に接続されている。この流入管部２０の下流側端と中間流路部２２との間の隙間、および、流出管部２４の上流側端と中間流路部２２との間の隙間は充填材５８により塞がれている。

【0023】

中間流路部２２は、たとえば、アルミなどの金属で形成されている。中間流路部２２は、天面が開口した容器状であって、内部空間（中間流路）を有している。この開口のうち中間流路部２２の上流壁２２ａなどにより囲まれた領域（流入口）は流入管部２０の下流側端の開口と対向している。また、開口のうち中間流路部２２の下流壁２２ｂなどにより囲まれた領域（流出口）は流出管部２４の上流側端の開口と対向している。これにより、中間流路部２２の中間流路、流入管部２０の流入路、および流出管部２４の流出路は、互いに通じて流体流路を構成している。中間流路部２２の中間流路（流体流路）に流量計測装置１０の計測流路部２６が収納されている。

【0024】

計測流路部２６は、両端が開口した中空部材であって、その内部空間が計測流路として用いられる。計測流路部２６は、本実施の形態では断面が長方形状の筒状部材で構成されている。計測流路部２６の長さ寸法は中間流路部２２の長さ寸法より小さい。このため、計測流路部２６の上流端と中間流路部２２の上流壁２２ａとの間、および、計測流路部２６の下流端と中間流路部２２の下流壁２２ｂとの間に隙間がそれぞれ設けられている。この隙間を介して計測流路部２６の計測流路は中間流路部２２の流体流路と連通している。

【0025】

計測流路部２６の内部には、複数（この実施の形態では、５枚）の整流板２８が配置されている。整流板２８は、計測流路部２６の天板２６ａおよび底板２６ｂに対してそれぞれ平行に、計測流路部２６の軸に沿って延びている。この整流板２８によって計測流路部２６の計測流路は平行に仕切られている。

【0026】

計測流路部２６の天板２６ａの外面には、２つの第１リブ３０ａ、３０ｂが、計測流路部２６の軸に沿った計測流路のガスの通流方向（以下、「左右方向」）に間隔を開けて設けられている。また、計測流路部２６の底板２６ｂの外面には、２つの第２リブ３２ａ、３２ｂが左右方向に間隔を開けて設けられている。２つの第１リブ３０ａ、３０ｂのうち上流側にある第１リブ（上流側第１リブ）３０ａと、２つの第２リブ３２ａ、３２ｂのうち上流側にある第２リブ（上流側第２リブ）３２ａとの間にも、左右方向に間隙が設けられている。また、下流側にある第１リブ（下流側第１リブ）３０ｂと下流側にある第２リブ（下流側第２リブ）３２ｂとの間にも、左右方向に間隙が設けられている。これらの間隙に環状のシーリング材３４ａ、３４ｂが配置されている。

【0027】

一対のシーリング材３４ａ、３４ｂは、左右方向に間隔を開けて計測流路部２６に取り付けられている。計測流路部２６の上流端側のシーリング材（上流側シーリング材）３４ａ、は、上流側第１リブ３０ａと上流側第２リブ３２ａとの間の間隙に配されている。計測流路部２６の下流端側のシーリング材（下流側シーリング材）３４ｂは、下流側第１リブ３０ｂと下流側第２リブ３２ｂとの間の間隙に配されている。

【0028】

シーリング材３４ａ、３４ｂは、計測流路部２６の軸に対して垂直な方向に計測流路部２６の周囲に巻き付けられ、計測流路部２６の外周部分を周回して設けられている。シーリング材３４ａ、３４ｂの厚み寸法は、流体流路部１８の内面と計測流路部２６の外面との間の隙間寸法以上に設定されている。この隙間としては、たとえば、計測流路部２６の天板２６ａとこれに対向する流入管部２０の下流側端との間の隙間、計測流路部２６の天板２６ａとこれに対向する流出管部２４の上流側端との間の隙間、および、中間流路部２２の底部２２ｅと計測流路部２６の底板２６ｂとの間の隙間が挙げられる。

【0029】

このシーリング材３４ａ、３４ｂによって、流体流路部１８の内面と計測流路部２６の外面との間の隙間が塞がれ、ガスの通流を遮断している。このため、流体流路部１８の流体流路と計測流路部２６の計測流路とは気密性を保持した状態で連結され、流体流路を流れるガスは計測流路を通る。すなわち、流入管部２０を通じて流れてきたガスは、計測流路部２６の外方を通って流出管部２４へ向かうことなく、全て計測流路部２６内を通って流出管部２４へ流れ出る。

【0030】

保持部材７０、および、これに取り付けられた基板３６は、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間において計測流路部２６の天板２６ａの外面上に配されている。一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間では、天板２６ａが中間流路部２２の開口から露出しており、ここに保持部材７０および基板３６が配されている。この露出範囲ではシーリング材３４ａ、３４ｂによって流体流路部１８と計測流路部２６との隙間が塞がれている。よって、流体流路部１８の流体流路のガスが、天板２６ａの外面上においてシーリング材３４ａを超えて基板３６上を流れることはない。

【0031】

（流量計測装置の構成）
図２は、流量計測装置１０および中間流路部２２を示す分解斜視図である。この図２を参照して、流量計測装置１０の構成について更に詳細に説明する。図２に示すように、流量計測装置１０は、計測流路部２６、計測ユニット３５およびシーリング材３４ａ、３４ｂを備えている。計測ユニット３５は、保持部材７０、基板３６および一対の超音波送受波器３８を含んでいる。

【0032】

計測流路部２６は筒状の外壁を有し、この外壁は天板２６ａ、天板２６ａに対向する底板２６ｂ、ならびに、これらに垂直な第１側板２６ｃおよび第２側板２６ｄにより構成されている。天板２６ａに設けられた一対の第１リブ３０ａ、３０ｂおよび底板２６ｂに設けられた一対の第２リブ３２ａ、３２ｂは、前後方向にそれぞれ平行に延びている。また、天板２６ａに凸部３１が設けられている。凸部３１は、下流側第１リブ３０ｂに対して垂直に延び、その下流端は下流側第１リブ３０ｂの中央に接続している。なお、前後方向は、左右方向および側板２６ｃ、２６ｄに対して垂直な方向である。

【0033】

上流側第１リブ３０ａと上流側第２リブ３２ａとの間の間隙において、計測流路部２６の各側板２６ｃ、２６ｄに上下方向に延びる溝（上流側溝）４０ａが設けられている。また、下流側第１リブ３０ｂと下流側第２リブ３２ｂとの間の間隙においても、計測流路部２６の各側板２６ｃ、２６ｄに上下方向に延びる溝（下流側溝）４０ｂが設けられている。これらの溝４０ａ、４０ｂの幅寸法はシーリング材３４ａ、３４ｂの幅寸法と等しく設定されている。なお、上下方向は、左右方向および前後方向に対して垂直な方向である。

【0034】

シーリング材３４ａ、３４ｂは、たとえば、弾性を有する環状部材であり、オーリングなどが用いられる。なお、シーリング材３４ａ、３４ｂは、流体流路部１８の外壁と計測流路部２６の外壁との間を充填するものであればよく、オーリングに限らない。たとえば、シーリング材３４ａ、３４ｂとして、オーリング以外の定形シーリング材、および、ペースト状の不定形シーリング材などを用いることもできる。

【0035】

計測流路部２６の各側板２６ｃ、２６ｄに開口部４２ａ、４２ｂが設けられている。一方の開口部（上流側開口部）４２ａは上流側溝４０ａより下流側に配され、かつ、下流側溝４０ｂよりも上流側溝４０ａの近くに位置している。一点破線で示す他方の開口部（下流側開口部）４２ｂは下流側溝４０ｂより上流側に配され、かつ、上流側溝４０ａよりも下流側溝４０ｂの近くに位置している。開口部４２ａ、４２ｂは、側板２６ｃ、２６ｄを貫通しており、超音波透過膜４４で覆われている。この超音波透過膜４４は、超音波を透過させ、ガスの通過を抑制する膜であって、たとえば、メッシュなどが用いられる。ただし、開口部４２ａ、４２ｂは超音波透過膜４４で覆われていなくてもよい。

【0036】

保持部材７０は、基板３６および超音波送受波器３８を計測流路部２６に取り付ける部材であり、取り付け部７２および一対の設置部７４ａ、７４ｂを有している。取り付け部７２は、計測流路部２６を係止するための係止部であって、たとえば、第１側部７２ａ、第２側部７２ｂ、および、側部７２ａ、７２ｂの間に配置されている天部７２ｃを有している。天部７２ｃおよび側部７２ａ、７２ｂのそれぞれは四角形状の平板であって、側部７２ａ、７２ｂは天部７２ｃの各側端から天部７２ｃに対して垂直に延びている。この天部７２ｃおよび側部７２ａ、７２ｂにより、取り付け部７２は、断面が四角形の直方体形状の内部空間を有し、かつ、底面および左右方向の両端が開口した形状に形成されている。

【0037】

天部７２ｃは基板３６を支持する基板保持部であって、天部７２ｃの外面に突起４６が設けられている。突起４６は、保持部材７０に対する基板３６の位置決め部として用いられる。この実施の形態では、３つの円柱状の突起４６が、天部７２ｃから突き出ており、一対の第１リブ３０ａ、３０ｂの間に配置されている。

【0038】

天部７２ｃの長さ寸法は一対の第１リブ３０ａ、３０ｂ間の間隔寸法と等しく設定されている。天部７２ｃの一端（下流端）に切欠き７３が設けられており、切欠き７３は、天部７２ｃの下流端から下流端に垂直に延びている。切欠き７３は、計測流路部２６の凸部３１が嵌る寸法に設定されている。第１側部７２ａと第２側部７２ｂとの内面間の間隔寸法は、計測流路部２６の側板２６ｃ、２６ｄの外面間の間隔寸法とほぼ等しく設定されている。

【0039】

側部７２ａ、７２ｂの左右方向の寸法は、天部７２ｃの左右方向の寸法と等しいまたはそれより小さく設定されている。側部７２ａ、７２ｂの上下方向の寸法は計測流路部２６の上下方向の寸法と等しいまたはそれより小さく設定されている。各側部７２ａ、７２ｂに孔（出入り口）７８ａ、７８ｂが開口している。一方の出入り口（上流側出入り口）７８ａは天部７２ｃの他端（上流端）の近傍に配され、他方の出入り口（下流側出入り口）７８ｂは天部７２ｃの下流端の近傍に配置されている。

【0040】

設置部７４ａ、７４ｂは、一対の超音波送受波器３８を互いに相対位置が固定されるように支持するセンサ保持部である。設置部７４ａ、７４ｂは、側部７２ａ、７２ｂの出入り口７８ａ、７８ｂを囲むように設けられており、たとえば、設置面部７５および接続部７６を有している。一方の設置部（上流側設置部）７４ａの設置面部７５は天部７２ｃの上流端側に配され、他方の設置部（下流側設置部）７４ｂの設置面部７５は天部７２ｃの下流端側に配されている。

【0041】

これらの上流側設置部７４ａの設置面部７５および下流側設置部７４ｂの設置面部７５は互いに平行に対向している。設置面部７５の一端および接続部７６の一端はそれぞれ側部７２ａ、７２ｂに接合され、設置面部７５の他端および接続部７６の他端どうしが接合されている。これにより、設置部７４ａ、７４ｂは、側部７２ａ、７２ｂからＶ字状に突き出しており、側部７２ａ、７２ｂとの間に三角柱状の内部空間（設置空間）を形成している。

【0042】

また、設置部７４ａ、７４ｂと天部７２ｃとの間（設置部７４ａ、７４ｂの上部）が開口しており、設置面部７５、接続部７６および天部７２ｃとに囲まれた天面側開口８０が形成されている。設置空間は、天面側開口８０から外部に通じ、出入り口７８ａ、７８ｂから取り付け部７２の内部空間に通じている。接続部７６の設置面部７５の近傍、および、側部７２ａ、７２ｂの設置面部７５の近傍にそれぞれ溝（設置溝）７７が設けられている。この一対の設置溝７７の間の寸法は、超音波送受波器３８の放射面に平行な幅寸法に等しく、設置溝７７の形状は超音波送受波器３８の端面形状に沿って形成されている。

【0043】

基板３６は、薄い板状体であって、四角形状を有している。基板３６の前後方向の寸法は保持部材７０の天部７２ｃの前後方向の寸法とほぼ同じに設定されている。また、基板３６の左右方向の寸法は上流側第１リブ３０ａと凸部３１との間の寸法より小さく設定されている。基板３６の表面に、電子部品や回路素子などの部品が搭載されている。この部品としては、ガスメータ１２（図１）の制御回路１６（図１）と接続するための端子４８、および、超音波送受波器３８の計測機能を有する集積回路（計測回路）５０が挙げられる。

【0044】

計測回路５０は伝搬時間計測部および演算部を有している。伝搬時間計測部は、一対の超音波送受波器３８の間を超音波が伝搬する時間を計測する。演算部は、伝搬時間計測部により計測された時間に基づいてガスの流量を算出する。伝搬時間計測部および演算部は、たとえば、計測回路５０に格納されたプログラムによって実現される。なお、計測回路は、伝搬時間計測部および演算部の各機能を備える１つの回路、または、搬時間計測部の機能および演算部の機能を個別に備える２つの回路で構成されてもよい。

【0045】

基板３６には、たとえば、３つの孔（固定孔）５２が開口しており、これらの固定孔５２は基板３６を保持部材７０の取り付け部７２に固定するために用いられる。固定孔５２の内径寸法は計測流路部２６の突起４６の外形寸法より大きく、固定孔５２に突起４６が挿入され得る。固定孔５２に突起４６を嵌めることにより、基板３６が取り付け部７２内に収まるように配置される。

【0046】

超音波送受波器３８は、圧電体（図示せず）、音響整合体（図示せず）および端子（図示せず）を備えている。圧電体は、電圧が印可されることによって厚み方向に伸縮し、それにより電気振動を機械振動に変換する素子である。

【0047】

音響整合体は、圧電体で発生した機械振動を超音波としてガスに放射する放射面を有している。音響整合体は、放射面から超音波を放射するために、圧電体の音響インピーダンスと、ガスの音響インピーダンスとを整合する素子である。圧電体に繋がる端子にリードピン５６が接続されている。このリードピン５６と基板３６上の配線とがはんだ付けされることにより、超音波送受波器３８が基板３６に電気的に接続されている。なお、リードピン５６に代えてリード線などにより、超音波送受波器３８と基板３６とが電気的に接続されてもよい。

【0048】

中間流路部２２は天面が開口した略直方体形状の外壁を有しており、この外壁は、ガスの通流方向に対向配置された上流壁２２ａおよび下流壁２２ｂと、ガスの通流方向に直交する方向に対向配置された一対の側壁２２ｃ、２２ｄと、底部２２ｅとで構成されている。上流壁２２ａ、下流壁２２ｂおよび側壁２２ｃ、２２ｄの各開口側の端に充填材５８が設けられており、充填材５８は中間流路部２２の開口周囲を連続的に囲んでいる。

【0049】

側壁２２ｃ、２２ｄには、その一部が外側に突き出した拡張部６０ａ、６０ｂが設けられている。拡張部６０ａ、６０ｂは三角柱形状の内部空間（拡張空間）を形成し、この拡張空間によって中間流路部２２の略直方体形状の流体流路の一部が拡がっている。側壁２２ｃの拡張部（上流側拡張部）６０ａは上流側第１リブ３０ａより下流側に設けられ、側壁２２ｄの拡張部（下流側拡張部）６０ｂよりは下流側第１リブ３０ｂより上流側に設けられている。拡張部６０ａ、６０ｂは、その拡張空間に保持部材７０の設置部７４ａ、７４ｂが納まるように形成されている。

【0050】

中間流路部２２において、上流側拡張部６０ａの上流側に窪み部（上流側窪み部）６２ａが設けられ、下流側拡張部６０ｂの下流側に窪み部（下流側窪み部）６２ｂが設けられている。これらの窪み部６２ａ、６２ｂにより中間流路部２２の流体流路の幅が狭くなっており、この幅寸法はシーリング材３４ａ、３４ｂを嵌めた計測流路部２６の幅寸法とほぼ同じに設定されている。また、上流側窪み部６２ａと下流側窪み部６２ｂとの間の寸法は、上流側溝４０ａと下流側溝４０ｂとの間の寸法と同じに設定されている。なお、充填材５８が窪み部６２ａ、６２ｂ上に設けられていてもよい。

【0051】

（流量計測装置の組み立て）
図３は、計測ユニット３５を備えた流量計測装置１０を中間流路部２２に収納した状態を示す図である。以下、図１〜図３を参照して、流量計測装置１０の組み立てについて説明する。ただし、計測ユニット３５および流量計測装置１０を組み立てる順序は下記の順に限定されない。

【0052】

図２に示すように、まず、超音波送受波器３８を保持部材７０に設置する。この際、超音波送受波器３８の端部が設置溝７７に嵌るようにして、天面側開口８０から設置部７４ａ、７４ｂの設置空間に超音波送受波器３８を挿入する。これにより、超音波送受波器３８の放射面が出入り口７８ａ、７８ｂを向いて、超音波送受波器３８が保持部材７０の所定位置に所定角度で固定される。

【0053】

次に、保持部材７０の突起４６を基板３６の固定孔５２に挿入しながら、基板３６を保持部材７０の天部７２ｃ上に取り付ける。これにより、基板３６が保持部材７０の所定位置に配置される。そして、超音波送受波器３８のリードピン５６を基板３６の配線にはんだ付けして、超音波送受波器３８を基板３６に電気的に接続する。

【0054】

そして、計測流路部２６の溝４０ａ、４０ｂにシーリング材３４ａ、３４ｂを嵌め、保持部材７０を計測流路部２６に取り付ける。この際、天部７２ｃの上流端を上流側第１リブ３０ａに当て、天部７２ｃの下流端を下流側第１リブ３０ｂに当て、切欠き７３に凸部３１を嵌める。これにより、天部７２ｃが天板２６ａに沿い、第１側部７２ａが第１側板２６ｃに沿い、第２側部７２ｂが第２側板２６ｄに沿う。このため、保持部材７０と、これに取り付けられた基板３６および超音波送受波器３８とが計測流路部２６の所定の位置に固定される。

【0055】

すなわち、保持部材７０は、その上流側出入り口７８ａが計測流路部２６の上流側開口部４２ａに対応し、下流側出入り口７８ｂが下流側開口部４２ｂに対応するように配置される。また、超音波送受波器３８は、その放射面から放射される超音波の経路が各開口部４２ａ、４２ｂを通り計測流路部２６の軸に対して所定の角度で傾斜するように配置される。これにより、一対の超音波送受波器３８は、超音波を互いに送受信するように配置される。また、基板３６は、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に配置される。

【0056】

続いて、シーリング材３４ａ、３４ｂが中間流路部２２の各窪み部６２ａ、６２ｂに対応するように、計測流路部２６を中間流路部２２に収容する。これにより、図３に示すように、シーリング材３４ａ、３４ｂは、計測流路部２６の外面および中間流路部２２の内面に密着して、計測流路部２６の側板２６ｃ、２６ｄと中間流路部２２の窪み部６２ａ、６２ｂとの間の隙間、および、計測流路部２６の底板２６ｂ（図２）と中間流路部２２の底部２２ｅ（図２）との間の隙間を塞ぐ。このシーリング材３４ａ、３４ｂにより、計測流路部２６の天板２６ａ側を除き、計測流路部２６と中間流路部２２との間は、３つの空間に気密的に仕切られる。

【0057】

具体的には、１つ目は、上流側窪み部６２ａと上流壁２２ａとの間の流体流路（上流側中間流路）である。２つ目は、下流側窪み部６２ｂと下流壁２２ｂとの間の流体流路（下流側中間流路）である。３つ目は、上流側窪み部６２ａと下流側窪み部６２ｂとの間の流体流路（中央中間流路）である。この中央中間流路はシーリング材３４ａ、３４ｂによって上流側中間流路および下流側中間流路から遮断されている。

【0058】

また、計測流路部２６の上流端と中間流路部２２の上流壁２２ａとの間、および、計測流路部２６の下流端と中間流路部２２の下流壁２２ｂとの間には、それぞれ間隔が設けられている。これにより、上流側中間流路は、計測流路部２６の上流端の開口を介して計測流路部２６の計測流路と通じている。下流側中間流路は、計測流路部２６の下流端の開口を介して計測流路部２６の計測流路と通じている。

【0059】

また、保持部材７０の設置部７４ａ、７４ｂは拡張部６０ａ、６０ｂの拡張空間に収まる。基板３６は中間流路部２２の中央中間流路に配置される。

【0060】

続いて、図１に示すように、計測流路部２６が収納された中間流路部２２をガスメータ１２の内部空間に収納する。この際、計測流路部２６のシーリング材３４ａ、３４ｂおよび中間流路部２２の充填材５８が流入管部２０の下流側端および流出管部２４の上流側端とそれぞれ密着するように、中間流路部２２を配置する。これにより、流入管部２０の流入路と中間流路部２２の上流側中間流路とが連結し、流出管部２４の流出路と中間流路部２２の下流側中間流路とが連結する。さらに、上流側中間流路および下流側中間流路は計測流路と通じているため、流入路、上流側中間流路、計測流路、下流側中間流路、および、流出路がこの順で連結されて１本のＵ字状の流路を形成する。

【0061】

この際、基板３６は、流入管部２０および流出管部２４の間において計測流路部２６の外面に配置されているため、ガスメータ１２の内部空間に現れている。よって、基板３６上の端子４８を制御回路１６にリード線などにより接続して、流量計測装置１０をガスメータ１２に組み込む。

【0062】

（流量計測装置の動作）
流体流路を流れるガスの流量を測定する際、ガス配管を流入管部２０および流出管部２４のそれぞれに接続する。これにより、ガスは、ガス配管から供給されて、流入管部２０の流入路を流れ、中間流路部２２の上流側中間流路に流入する。そして、ガスは、上流側中間流路から計測流路部２６の上流端の開口を介して計測流路を流れ込み、計測流路を通り、計測流路部２６の下流端の開口を介して下流側中間流路へ流れる。さらに、ガスは下流側中間流路から流出管部２４の流出路に入り、ガス配管へ流れていく。

【0063】

このガスが計測流路を流れている状態において、たとえば、計測回路５０が上流側の超音波送受波器３８に電気信号を送ると、この超音波送受波器３８は電気信号を超音波に変換して放射面から放射する。これにより、超音波は上流側開口部４２ａを通過して計測流路に入り、計測流路を斜めに横断して、下流側開口部４２ｂから抜け、下流側の超音波送受波器３８に達する。下流側の超音波送受波器３８は、超音波を受け、これを電気振動に変換して計測回路５０に出力する。

【0064】

計測回路５０では、伝搬時間計測部が、上流側の超音波送受波器３８へ電気信号を出力した時刻と、下流側の超音波送受波器３８から電気信号が入力された時刻との差に基づいて、超音波の伝搬時間を求める。また同様にして、下流側の超音波送受波器３８から超音波を放射し、上流側の超音波送受波器３８が超音波を受ける。そして、伝搬時間計測部は、この超音波の伝搬時間を求める。最後に、演算部は、伝搬時間計測部が求めた伝搬時間に基づいてガスの流量を算出して、計測回路５０はガスの流量を制御回路１６に出力する。制御回路１６は、取得したガスの流量に関する情報をメモリに記憶したり、表示部１４に表示したり、無線回路及びアンテナを用いて外部へ送信したりする。

【0065】

（作用、効果）
上記構成によれば、基板３６の保持部材および超音波送受波器３８の保持部材を１つの保持部材７０が兼用しているため、流量計測装置１０の小型化およびコスト削減が図られる。また、基板３６および超音波送受波器３８が保持部材７０に設置されているため、これらの間の距離の短縮化が図られる。よって、この間におけるノイズの発生を低減して、流量計測装置１０の計測精度を向上することができる。

【0066】

さらに、保持部材７０に天面側開口８０を設けているため、天面側開口８０から設置部７４ａ、７４ｂの設置空間に超音波送受波器３８を容易に挿入することができる。また、保持部材７０に設置溝７７を設けることにより、超音波送受波器３８を保持部材７０に容易に取り付けることができ、作業性に優れる。しかも、保持部材７０に取り付けられた一対の超音波送受波器３８は、所定の離隔距離および所定の向きになっている。このため、超音波送受波器３８を保持部材７０に取り付ける際に、超音波送受波器３８の位置および向きを調整する必要がなく、作業性の向上がさらに図られる。しかも、一対の超音波送受波器３８の相対位置の誤差が抑制され、誤差による流量計測装置１０の測定精度の低下を抑制することができる。

【0067】

また、保持部材７０、基板３６および超音波送受波器３８を予め一体的にユニット化している。このため、この計測ユニット３５、または、計測ユニット３５を計測流路部２６に装着した流量計測装置１０の品質検査する際に、計測ユニット３５または流量計測装置１０をそれぞれ単独で検査することができる。この結果、品質検査に適した環境で計測ユニット３５または流量計測装置１０の検査することができ、検査の精度向上および簡素化が図られる。さらに、計測ユニット３５または流量計測装置１０をガスメータ１２に組み込む前にこれらを検査し、不良品を早期に発見することができる。

【0068】

さらに、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に基板３６を配置している。よって、基板３６やこれに搭載された計測回路５０上にガスがほとんど流れることがなく、ガスの流れによる不具合の発生を抑制することができる。

【0069】

また、流入管部２０と流出管部２４との間において中間流路部２２の開口から基板３６がガスメータ１２の内部空間に露出している。このため、基板３６とガスメータ１２内の制御回路１６を容易に接続することができる。

【0070】

さらに、金属製の中間流路部２２により外部からの振動を遮断しているため、外部振動によるノイズで流量計測装置１０の計測精度が低下することを抑制することができる。

【0071】

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る計測ユニット３５を備えた流量計測装置１０を中間流路部２２に収納した状態を示す図である。図４に示すように、実施の形態２に係る流量計測装置１０では、一対の超音波送受波器３８が反射面６４ａとの間に計測流路部２６を挟むようにして配置されている。

【0072】

中間流路部２２の一方の側壁２２ｄに２つの拡張部６０ａ、６０ｂが間隔を開けて並んで設けられている。これらの拡張部６０ａ、６０ｂは、上流側窪み部６２ａと下流側窪み部６２ｂとの間に配置されている。

【0073】

計測流路部２６の第２側板２６ｄに上流側開口部４２ａおよび下流側開口部４２ｂが左右方向に間隔を開けて並んで設けられている。第１側板２６ｃに１つの開口部（中間開口部）４２ｃが設けられている。この中間開口部４２ｃは上流側開口部４２ａと下流側開口部４２ｂとの間に配されている。

【0074】

保持部材７０では、その第２側部７２ｂに上流側出入り口７８ａおよび下流側出入り口７８ｂが開口し、第１側部７２ａに穴（中間口）が設けられている。上流側設置部７４ａは上流側出入り口７８ａを囲むように第２側部７２ｂに設けられ、下流側設置部７４ｂは下流側出入り口７８ｂを囲むように第２側部７２ｂに設けられている。中間口は、上流側出入り口７８ａと下流側出入り口７８ｂとの間に配置されている。中間口は、第１側部７２ａを貫通してもよいし、第１側部７２ａの内面から窪んでいてもよい。中間口に反射部６４が固定されており、反射部６４の反射面６４ａが第１側部７２ａの内面側に配されている。

【0075】

上記流量計測装置１０を組み立てる際、超音波送受波器３８および基板３６を保持部材７０に取り付け、超音波送受波器３８のリードピン５６を基板３６の配線にはんだ付けする。また、計測流路部２６にシーリング材３４ａ、３４ｂおよび保持部材７０を取り付ける。これにより、保持部材７０は、上流側出入り口７８ａが上流側開口部４２ａに対応し、下流側出入り口７８ｂが下流側開口部４２ｂに対応し、中間口が中間開口部４２ｃに対応するように配置される。各超音波送受波器３８は、反射面６４ａとの間に計測流路部２６を挟み、超音波の経路が各口７８ａ、７８ｂ、７８ｃを通り計測流路部２６の軸に対して所定の成す角で傾斜するように配置される。反射部６４は、上流側の超音波送受波器３８の超音波経路と下流側の超音波送受波器３８の超音波経路との交点に位置するように配置される。

【0076】

続いて、シーリング材３４ａ、３４ｂが窪み部６２ａ、６２ｂに対応するように、計測流路部２６を中間流路部２２に収容する。これにより、保持部材７０の設置部７４ａ、７４ｂは拡張部６０ａ、６０ｂで囲まれた拡張空間に収まり、設置部７４ａ、７４ｂに固定されている超音波送受波器３８が拡張空間に配され、設置部７４ａ、７４ｂに固定されている反射部６４は、計測流路部２６の第１側板２６ｃと中間流路部２２の側壁２２ｃとの間に配される。最後に、計測流路部２６が収納された中間流路部２２をガスメータ１２の内部空間に収納して、基板３６上の端子４８を制御回路１６にリード線などにより接続して、流量計測装置１０をガスメータ１２に組み込む。

【0077】

上記流量計測装置１０により流体流路を流れるガスの流量を測定する際、たとえば、計測回路５０が上流側の超音波送受波器３８に電気信号を送ると、超音波送受波器３８は電気信号を超音波に変換して放射面から放射する。この超音波は、上流側開口部４２ａを通過して計測流路に入り、計測流路を斜めに横断して、開口部４２ｃを通過して反射面６４ａに到達する。そして、超音波は反射面６４ａで反射して、再び、開口部４２ｃを通過して計測流路に入り、計測流路を斜めに横断して、下流側開口部４２ｂから抜け、下流側の超音波送受波器３８に達する。下流側の超音波送受波器３８は、超音波を受け、これを電気振動に変換して計測回路５０に出力する。

【0078】

計測回路５０では、伝搬時間計測部が、上流側の超音波送受波器３８へ電気信号を出力した時刻と、下流側の超音波送受波器３８から電気信号が入力された時刻との差に基づいて、超音波の伝搬時間を求める。また同様にして、下流側の超音波送受波器３８から超音波を放射し、上流側の超音波送受波器３８が超音波を受ける。そして、伝搬時間計測部は、この超音波の伝搬時間を求める。最後に、演算部は、伝搬時間計測部が求めた伝搬時間に基づいてガスの流量を算出する。

【0079】

（その他の実施の形態）
上記実施の形態１に係る流量計測装置１０では、一対の超音波送受波器３８が対向して配置される「Ｚ方式」の構成が採用されている。また、実施の形態２に係る流量計測装置１０では、一対の超音波送受波器３８の間に１つの反射面６４ａが配置される「Ｖ」方式の構成が採用されている。これに対して、他の方式の構成が採用され得る。たとえば、一対の超音波送受波器３８の間に３つの反射面６４ａが配置される「Ｗ」方式の構成が採用され得る。

【0080】

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、基板３６が保持部材７０の取り付け部７２上に収まるように配置されていた。ただし、基板３６が中間流路部２２内において一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に収まれば、基板３６のサイズおよび配置はこれに限定されない。たとえば、基板３６を保持部材７０の取り付け部７２および設置部７４ａ、７４ｂ上に配置してもよい。

【0081】

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、基板３６の固定孔５２に保持部材７０の突起４６を挿入することにより、保持部材７０に基板３６を取り付けていたが、取り付け方法はこれに限定されない。たとえば、ビスやレールなどにより基板３６を保持部材７０に固定することができる。

【0082】

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、各第１リブ３０ａ、３０ｂ、凸部３１および切欠き７３により、計測流路部２６に対して保持部材７０の位置決めを行った。しかし、保持部材７０の位置決めはこれに限定されない。

【0083】

たとえば、凸部３１および切欠き７３を設けずに、第１リブ３０ａ、３０ｂだけを保持部材７０の位置決めに用いてもよい。

【0084】

また、計測流路部２６に突起を設け、保持部材７０に穴を設けて、突起および穴を位置決めに用いてもよい。この場合、突起を穴に挿入することにより、保持部材７０を計測流路部２６の所定の位置に配置することができる。

【0085】

さらに、中間流路部２２の拡張部６０ａ、６０ｂおよび保持部材７０の設置部７４ａ、７４ｂを保持部材７０の位置決めに用いることもできる。この場合、拡張部６０ａ、６０ｂの拡張空間に設置部７４ａ、７４ｂが嵌るように、中間流路部２２に収納した計測流路部２６に保持部材７０を取り付ける。これにより、中間流路部２２を介して計測流路部２６に対して保持部材７０の位置決めをすることができる。

【0086】

上記全実施の形態に係る流量計測装置１０では、中間流路部２２の天面の全体が開口していた。これに対して、中間流路部２２の天面の一部が開口していてもよい。

【0087】

たとえば、中間流路部２２の開口を蓋で覆い、この蓋に流入管部２０と対向する流入口、および、流出管部２４と対向する流出口を設ける。この場合、蓋と、中間流路部２２に収納された計測流路部２６の天板２６ａとの間の寸法は、保持部材７０の天部７２ｃの厚みと基板３６の厚みとの合計寸法より大きく設定される。このため、計測流路部２６の天板２６ａ上に保持部材７０を介して基板３６が固定され、基板３６が蓋で覆われる。また、シーリング材３４ａ、３４ｂは蓋と計測流路部２６との間の隙間を塞ぎ、一対のシーリング材３４ａ、３４ｂの間に基板３６が配置される。このため、基板３６上にガスが流れることがシーリング材３４ａ、３４ｂによって防がれ、ガスによって基板３６の不具合が発生することは抑制される。

【0088】

なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。

【0089】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明の計測ユニット３５およびそれを備えた流量計測装置１０は、計測精度の向上を図った計測ユニットおよびそれを備えた流量計測装置等として有用である。

【符号の説明】

【0091】

１０ 流量計測装置
１８ 流体流路部
２６ 計測流路部
２６ａ 天板
２６ｃ 第１側板
２６ｄ 第２側板
３５ 計測ユニット
３６ 基板
３８ 超音波送受波器
５０ 計測回路
６４ 反射部
７０ 保持部材
７２ａ 第１側部
７２ｂ 第２側部
７２ｃ 天部（基板保持部）
７４ａ、７４ｂ 設置部（センサ保持部）
８０ 天面側開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】