特許 6491536 超音波流量計

(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】6491536

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】超音波流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20190318BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 A

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-100103(P2015-100103)

(22)【出願日】2015年5月15日

(65)【公開番号】特開2016-217776(P2016-217776A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】村木 浩二

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６０−１２３６３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−５８８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５８７５９９９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５６１０３００（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流れる断面形状が円の計測配管部に対して第１の超音波信号を入射する第１の超音波トランスデューサと、
前記第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、前記計測配管部に対して第２の超音波信号を入射する第２の超音波トランスデューサと、
前記第１の超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、前記第２の超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、前記計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、
を備え、
前記第１及び第２の超音波トランスデューサが、前記計測配管部の中心軸に対して回転し、
前記前記第１及び第２の超音波トランスデューサが前記計測配管部に固定されており、
前記計測配管部が当該計測配管部の中心軸に対して回転し、
前記計測配管部の回転範囲を制限する制限部材を更に備える、
超音波流量計。

【請求項2】

前記計測配管部が、断面形状が円の配管に接続されており、
前記配管の外周に突起が設けられており、
前記計測配管部に、前記配管の突起と接する段部が設けられている、請求項１に記載の超音波流量計。

【請求項3】

前記配管の突起が、前記配管の外周を一周しており、
前記計測配管部の段部が、前記計測配管部の外周を一周している、
請求項２に記載の超音波流量計。

【請求項4】

前記配管の外周と、前記計測配管部の段部と、の間に配置されるガスケットを更に備える、請求項２又は３に記載の超音波流量計。

【請求項5】

前記ガスケットがＯリングである、請求項４に記載の超音波流量計。

【請求項6】

前記制限部材が、
前記計測配管部に設けられる前記段部の外周上に固定され、前記計測配管部と共に回転する第１制限部材と、
前記配管の外周に固定される環状部材の外周上に固定される、第２制限部材と、
を含み、
前記第１制限部材と前記第２制限部材とが接触することにより、前記計測配管部の回転範囲が制限される、請求項２から５のいずれか１項に記載の超音波流量計。

【請求項7】

前記計測配管部を回転させる回転機構を更に備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波流量計。

【請求項8】

前記回転機構が、前記流速算出部で算出される流速が最高となる位置で前記計測配管部の回転を止める、請求項７に記載の超音波流量計。

【請求項9】

流体が流れる断面形状が円の計測配管部に対して第１の超音波信号を入射する第１の超音波トランスデューサと、
前記第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、前記計測配管部に対して第２の超音波信号を入射する第２の超音波トランスデューサと、
前記第１の超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、前記第２の超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、前記計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、
を備え、
前記第１及び第２の超音波トランスデューサが、前記計測配管部の中心軸に対して前記計測配管部の周りを回転し、
前記第１及び第２の超音波トランスデューサがそれぞれ格納される筐体が前記計測配管部の外周にクランプにより押しつけられ、
前記第１及び第２の超音波トランスデューサが前記計測配管部の周りを回転する場合、前記筐体を前記計測配管部の外周に押しつけるクランプ力が弱まる、
超音波流量計。

【請求項10】

前記計測配管部を周回するレールを更に備え、
前記第１及び第２の超音波トランスデューサが前記レールを介して前記計測配管部の周りを回転する、
請求項９に記載の超音波流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は流体計測技術に関し、特に超音波流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

流体の流量の計測には、超音波流量計が用いられることがある（例えば、特許文献１参照。）。超音波流量計は、配管の上流側と下流側にそれぞれ設けられた超音波トランスデューサを備える。超音波流量計は、配管の中を流れる流体に向かって超音波を送り込み、流体の上流から下流方向に従って伝播する超音波の伝播時間と、下流から上流方向に逆らって伝播する超音波の伝播時間と、に基づき、配管内を流れる流体の流量を算出する。

【0003】

配管内を流れる流体に偏流が生じると、超音波流量計で流体の流量を正確に計測できない場合がある。これに対し、配管に複数の超音波トランスデューサの組みを配置し、それぞれの超音波トランスデューサの組みから得られた流体の流速の平均値に基づき、偏流の影響を排して流体の流量を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１８２０９７号公報

【特許文献2】実公平０３−００７７８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、より偏流の影響を受けにくい超音波流量計を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様によれば、（ａ）流体が流れる断面形状が円の計測配管部に対して第１の超音波信号を入射する第１の超音波トランスデューサと、（ｂ）第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、計測配管部に対して第２の超音波信号を入射する第２の超音波トランスデューサと、（ｃ）第１の超音波信号が配管内を経て第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、第２の超音波信号が配管内を経て第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、を備え、（ｄ）第１及び第２の超音波トランスデューサが、計測配管部の中心軸に対して回転する、超音波流量計が提供される。

【0007】

上記の超音波流量計において、第１及び第２の超音波トランスデューサが計測配管部に固定されており、計測配管部が当該計測配管部の中心軸に対して回転してもよい。また、計測配管部が、断面形状が円の配管に接続されており、配管の外周に突起が設けられており、計測配管部に、配管の突起と接する段部が設けられていてもよい。さらに、配管の突起が、配管の外周を一周しており、計測配管部の段部が、計測配管部の外周を一周していてもよい。またさらに、上記の超音波流量計が、配管の外周と、計測配管部の段部と、の間に配置されるガスケットをさらに備えていてもよい。ガスケットがＯリングであってもよい。

【0008】

上記の超音波流量計が、計測配管部の回転範囲を制限する制限部材をさらに備えていてもよい。また、上記の超音波流量計が、計測配管部を回転させる回転機構をさらに備えていてもよい。さらに、回転機構が、流速算出部で算出される流速が最高となる位置で計測配管部の回転を止めてもよい。

【0009】

上記の超音波流量計において、第１及び第２の超音波トランスデューサが計測配管部の周りを回転してもよい。上記の超音波流量計が、計測配管部を周回するレールをさらに備え、第１及び第２の超音波トランスデューサがレールを介して計測配管部の周りを回転してもよい。また、第１及び第２の超音波トランスデューサが、計測配管部の外周にクランプされてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、より偏流の影響を受けにくい超音波流量計を提供可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部を上流方向から見た側面図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部を図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た模式的断面図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。

【図10】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。

【図11】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。

【図12】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。

【図13】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。

【図14】本発明の第２の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図15】本発明の第３の実施の形態に係る超音波流量計の模式的上面図である。

【図16】図１５に示すＸＶＩ−ＸＶＩ方向から見た、本発明の第３の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図17】本発明の第４の実施の形態に係る超音波流量計の模式的上面図である。

【図18】本発明の第４の実施の形態に係る超音波流量計の模式的側面図である。

【図19】図１７に示すＸＩＸ−ＸＩＸ方向から見た、本発明の第４の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図20】図１７に示すＸＸ−ＸＸ方向から見た、本発明の第４の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図21】本発明の第４の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図22】本発明の第４の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【図23】本発明のその他の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0013】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る超音波流量計は、図１に示すように、流体が流れる断面形状が円の計測配管部１に対して第１の超音波信号を入射する第１の超音波トランスデューサ１０１と、第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、計測配管部１に対して第２の超音波信号を入射する第２の超音波トランスデューサ１０２と、第１の超音波信号が配管内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間と、第２の超音波信号が配管内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間と、に基づき、計測配管部１内の流体の流速を算出する流速算出部３０２と、を備える。ここで、第１の実施の形態に係る超音波流量計において、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が、計測配管部１の中心軸に対して連続的に回転可能である。

【0014】

計測配管部１の上流側は、断面形状が円の上流配管２に接続される。上流配管２の端部には、フランジ状の突起部１２が設けられている。突起部１２は、上流配管２の外周上を周回している。計測配管部１の中心軸方向から見て、突起部１２の外周形状は円である。

【0015】

計測配管部１の上流側端部には、上流配管２の突起部１２と接する、鉤上の段部１１Ａが設けられている。計測配管部１の中心軸を上流側に延長した方向から見た図２に示すように、段部１１Ａは、計測配管部１の外周上を周回している。段部１１Ａの内周及び外周形状は円である。例えば、計測配管部１の段部１１Ａの内周の径は、図１に示す上流配管２の突起部１２の外周の径と等しく、上流配管２端部の突起部１２は、計測配管部１の段部１１Ａに挿入される。

【0016】

計測配管部１の段部１１Ａの内周の幅は、上流配管２の突起部１２の外周の幅よりも長い。上流配管２の外周と、計測配管部１の段部１１Ａの内周と、上流配管２の突起部１２の側壁と、の間には、Ｏリング等のガスケット４が配置される。さらに、上流配管２の外周には、環状部材６が固定されている。環状部材６は、突起部１２に対して、上流配管２の開口の反対側に固定されている。環状部材６の内周の径は、上流配管２の外周の径と等しく、環状部材６の内周は、上流配管２の外周と密に接している。環状部材６の高さは、突起部１２の高さよりも高く、環状部材６の側壁は、計測配管部１の段部１１Ａの端面と接する。

【0017】

計測配管部１の下流側は、断面形状が円の下流配管３に接続される。下流配管３の端部には、フランジ状の突起部１３が設けられている。突起部１３は、下流配管３の外周上を周回している。計測配管部１の中心軸方向から見て、突起部１３の外周形状は円である。

【0018】

計測配管部１の下流側端部には、下流配管３の突起部１３と接する、鉤上の段部１１Ｂが設けられている。段部１１Ｂは、計測配管部１の外周上を周回している。計測配管部１の中心軸を下流側に延長した方向から見て、段部１１Ｂの内周及び外周形状は円である。例えば、計測配管部１の段部１１Ｂの内周の径は、下流配管３の突起部１３の外周の径と等しく、下流配管３端部の突起部１３は、計測配管部１の段部１１Ｂに挿入される。

【0019】

計測配管部１の段部１１Ｂの内周の幅は、下流配管３の突起部１３の外周の幅よりも長い。下流配管３の外周と、計測配管部１の段部１１Ｂの内周と、下流配管３の突起部１３の側壁と、の間には、Ｏリング等のガスケット５が配置される。さらに、下流配管３の外周には、環状部材７が固定されている。環状部材７は、突起部１３に対して、下流配管３の開口の反対側に固定されている。環状部材７の内周の径は、下流配管３の外周の径と等しく、環状部材７の内周は、下流配管３の外周と密に接している。環状部材７の高さは、突起部１３の高さよりも高く、環状部材７の側壁は、計測配管部１の段部１１Ｂの端面と接する。

【0020】

固定され回転できない上流配管２及び下流配管３に対し、計測配管部１は、その中心軸に対して回転可能である。第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２は、計測配管部１に固定されており、計測配管部１と共に、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２は、計測配管部１の中心軸に対して連続的に回転可能である。第１の実施の形態においては、計測配管部１は、例えば手動で連続的に回転させられることが可能である。

【0021】

第１の超音波トランスデューサ１０１は計測配管部１内を流れる流体の上流側に配置され、第２の超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２は、計測配管部１内を流れる流体に接触する。図３に示すように、第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、計測配管部１内の流体中を進み、第２の超音波トランスデューサ１０２で受信される。また、図４に示すように、第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号は、計測配管部１内の流体中を進み、第１の超音波トランスデューサ１０１で受信される。例えば、第１の超音波トランスデューサ１０１と第２の超音波トランスデューサ１０２は、交互に駆動信号が印加され、交互に超音波信号を発する。

【0022】

第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、例えば、計測配管部１の中心軸を横切る。また、第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信も、計測配管部１の中心軸を横切る。

【0023】

計測配管部１の内部においては、流体が流速ｖで流れている。上述したように、第１の超音波トランスデューサ１０１は計測配管部１内を流れる流体の上流側に配置され、第２の超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。そのため、図３に示す第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、計測配管部１内の空洞部を流体の流れに従って伝播する。これに対し、図４に示す第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号は、計測配管部１内の空洞部を流体の流れに逆らって伝播する。よって、計測配管部１内の空洞部において、第１の超音波信号の伝播時間と、第２の超音波信号の伝播時間と、で、流体の流速ｖによる差が生じる。

【0024】

図３に示す計測配管部１内の流体に出射する第１の超音波信号の出射角をθ_o1、計測配管部１内の流体における超音波の音速をｃとすると、第１の超音波信号が計測配管部１内の空洞部を横切るために必要な伝播時間ｔ₁は、下記（１）式で与えられる。
ｔ₁＝Ｌ／（ｃ＋ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θ_o1）） （１）
また、図４に示す計測配管部１内の流体に出射する第２の超音波信号の出射角をθ_o2として、第２の超音波信号が計測配管部１内の空洞部を横切るために必要な伝播時間ｔ₂は、下記（２）式で与えられる。
ｔ₂＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θ_o2）） （２）
ここで、図５及び図６に示すように、Ｌは第１の超音波信号及び第２の超音波信号のそれぞれが計測配管部１内の空洞部を横切る長さを表す。
また、θ_o2はθ_o1と等しいため、上記（２）式から、下記（３）式が得られる。
ｔ₂＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θ_o1）） （３）

【0025】

上記（１）及び（３）式より、伝播時間ｔ₁と伝播時間ｔ₂の平均は、下記（４）式で与えられる。
（ｔ₁＋ｔ₂）／２＝Ｌ・ｃ／（ｃ²−ｖ²・ｃｏｓ²（（π／２）−θ_o1）） （４）
音速ｃは、流速ｖと比較して非常に速いため、上記（４）式は下記（５）式に近似される。
（ｔ₁＋ｔ₂）／２＝Ｌ・ｃ／ｃ² （５）
上記（５）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体における音速ｃは、下記（６）式で与えられる。
ｃ＝２・Ｌ／（ｔ₁＋ｔ₂） （６）

【0026】

また、上記（１）及び（３）式より、伝播時間ｔ₂と伝播時間ｔ₁との差Δｔは、下記（７）式で与えられる。
Δｔ＝ｔ₂−ｔ₁≒（２Ｌｖ・ｓｉｎθ_o1）／ｃ² （７）
上記（７）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖは、下記（８）式で与えられる。
ｖ＝ｃ²Δｔ／（２Ｌ・ｓｉｎθ_o1） （８）
ここで、音速ｃは、上記（６）式より算出可能である。あるいは、音速ｃは既知である。出射角θ_o1及び長さＬは、既知である。したがって、第１及び第２の超音波信号の伝播時間ｔ₁、ｔ₂を計測することにより、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖを算出可能である。ただし、上記（８）式で算出される流速ｖは、第１及び第２の超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速である。

【0027】

さらに、下記（９）式に示すように、流体の流速ｖに計測配管部１の断面積Ｓを乗じて、流体の流量Ｑを算出可能である。
Ｑ＝Ｓ・ｖ （９）

【0028】

第１の超音波トランスデューサ１０１及び第２の超音波トランスデューサ１０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）３００に電気的に接続されている。ＣＰＵ３００は、第１の超音波信号が第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられてから計測配管部１内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間、及び第２の超音波信号が第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられてから配管内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間を計測する時間計測部３０１と、第１の時間と、第２の時間と、に基づき、計測配管部１内の流体の流速を算出する流速算出部３０２と、を含む。

【0029】

時間計測部３０１は、第１の超音波トランスデューサ１０１が第１の超音波信号を発したタイミングと、第２の超音波トランスデューサ１０２が第１の超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第１の超音波信号が第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられてから計測配管部１内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間を計測する。また、時間計測部３０１は、第２の超音波トランスデューサ１０２が第２の超音波信号を発したタイミングと、第１の超音波トランスデューサ１０１が第２の超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第２の超音波信号が第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられてから計測配管部１内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間を計測する。

【0030】

時間計測部３０１は、第２の時間と第１の時間の差の値を算出し、流速算出部３０２に伝送する。ただし、時間計測部３０１は、第２の時間と第１の時間の差を、直接計測してもよい。

【0031】

流速算出部３０２は、上記（８）式及び（９）式等に基づいて、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖ及び流量Ｑを算出する。なお、流速算出部３０２は、第１の時間の逆数と第２の時間の逆数の差に基づいて流速ｖ及び流量Ｑを算出してもよい。

【0032】

ＣＰＵ３００には、測定値保存部３５２及び出力装置４０１が接続されている。流速算出部３０２は、算出した流体の流速ｖ及び流量Ｑを、記憶装置である測定値保存部３５２に保存し、出力装置４０１に出力する。

【0033】

ここで、計測配管部１内を流れる流体の流速分布に偏りがない場合は、図７及び図８に示すように、計測配管部１の中心軸で最も流速が速く、中心軸対称に計測配管部１の側壁に近づくにつれて流速が遅くなる。この場合、計測配管部１の中心軸に対して第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の組みがどこにあっても、中心軸を交差する第１及び第２の超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速は同じになる。

【0034】

これに対し、例えば図９、図１０、及び図１１に示すように、計測配管部１内を流れる流体の流速分布が中心軸対称ではなく、偏っている場合、仮に計測配管部１の断面における流体の平均流速が図９ないし図１１において同じであったとしても、超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速は図９ないし図１１において異なる。具体的には、流体の流速分布において、流速が速い部分を第１及び第２の超音波信号が多く伝播すれば、計測される平均流速は速くなり、流速が遅い部分を第１及び第２の超音波信号が多く伝播すれば、計測される平均流速は遅くなる。

【0035】

しかし、計測配管部１の断面における流体の平均流速が同じであるにもかかわらず、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の配置によって、計測される平均流速が異なってくるのは好ましくない。また、通常、計測される平均流速が最も速くなるときに、流速分布の影響が最も抑制されている。そのため、計測される平均流速が最も速くなるよう、第１及び第２の超音波信号の伝播経路を設定することが好ましい。

【0036】

これに対し、第１の実施の形態に係る超音波流量計によれば、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が固定された計測配管部１が中心軸に対して回転可能であるため、例えば図１０に示すように流速分布が偏っている場合は、図１２に示すように計測配管部１を回転させ、図１１に示すように流速分布が偏っている場合は、図１３に示すように計測配管部１を回転させることによって、流体の流速の平均値が最も速くなる、第１及び第２の超音波信号の伝播経路を設定することが可能である。

【0037】

第１の実施の形態に係る超音波流量計で流体の流量を計測する際には、まず、調整用に、流量が一定の流体を計測配管部１に流し、計測配管部１を回転させながら、計測される流速又は流量が最大となる第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の位置を探す。計測される流速又は流量が最大となるところで、計測配管部１の回転を止め、調整用の流体を流すことを止める。その後、測定対象の流体を計測配管部１に流し、流速又は流量を計測する。

【0038】

偏流は、超音波流量計の上流及び下流の配管の形状及び経路等に影響されるため、偏流の状態が変化しない場合がある。この場合、計測される流速又は流量が最大となる第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の位置を一度探しておけば、その後、同じ位置を保ったまま測定対象の流体の流速又は流量を計測すればよい。ただし、偏流の状態が変化する場合は、調整用に流量が一定の流体を計測配管部１に流して、計測される流速又は流量が最大となる第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の位置を探すことを、適宜行えばよい。

【0039】

従来、固定された管の周囲に多数の超音波トランスデューサの組み合わせを固定して、計測される流速又は流量が最大となる超音波トランスデューサの組み合わせを選択することが提案されている。しかし、偏流の状態が変化しない場合、選択されなかった超音波トランスデューサは使用されず無駄であり、製造コストに見合わない。また、管の周囲に多数の超音波トランスデューサの組み合わせを固定しても、超音波トランスデューサは間隔をおいて配置されるので、選択可能な超音波信号の伝播経路は離散的に存在する。そのため、選択可能な超音波信号の伝播経路以外に、流速又は流量が最大となる超音波信号の伝播経路が存在する可能性がある。

【0040】

これに対し、第１の実施の形態に係る超音波流量計においては、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が固定された計測配管部１が連続的に回転可能であるため、多数の超音波トランスデューサを要しない。また、選択可能な第１及び第２の超音波信号の伝播経路が非離散的に連続的に存在するため、流速又は流量が最大となる第１及び第２の超音波信号の伝播経路を設定可能である。

【0041】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る超音波流量計は、図１４に示すように、計測配管部１を回転させる回転機構２０を備える。回転機構２０は、例えば、モータ及び計測配管部１に接する円筒摩擦車を備えるが、これに限定されない。回転機構２０は、流速算出部３０２で算出される流速又は流量が最高となる位置で計測配管部１の回転を止める。第２の実施の形態に係る超音波流量計のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様である。

【0042】

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る超音波流量計は、上面図である図１５、及びＸＶＩ−ＸＶＩ方向から見た断面図である図１６に示すように、計測配管部１の回転範囲を制限する制限部材３１、３２を備える。制限部材３１は、計測配管部１の段部１１Ａの外周上に固定されており、計測配管部１と共に計測配管部１の中心軸に対して回転する。制限部材３２は、固定された上流配管２に固定された環状部材６の外周上に固定されている。そのため、制限部材３２の位置は固定されている。計測配管部１に固定された制限部材３１は、上流配管２側に突き出ており、上流配管２に固定された制限部材３２は、計測配管部１側に突き出ている。制限部材３２は、回転する計測配管部１のストッパーとして機能し、制限部材３１が制限部材３２に接触すると、計測配管部１はそれまでと同じ方向にそれ以上回転できない。

【0043】

制限部材３１、３２により、計測配管部１は、例えば０度から約３６０度までの約１回転に制限され、複数回回転することが制限される。これにより、例えば第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の配線が絡まることを防止することが可能となる。なお、さらに制限部材を設けて、計測配管部１の回転を、例えば０度から約１８０度までの約半回転に制限してもよい。第３の実施の形態に係る超音波流量計のその他の構成要素は、第１又は第２の実施の形態と同様である。

【0044】

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係るクランプオン式超音波流量計は、上面図である図１７、側面図である図１８、図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ方向から見た断面図である図１９、図１７のＸＸ−ＸＸ方向から見た断面図である図２０に示すように、流体が流れる断面形状が円の計測配管部１に対して第１の超音波信号を入射する第１の超音波トランスデューサ１０１と、第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、計測配管部１に対して第２の超音波信号を入射する第２の超音波トランスデューサ１０２と、第１の超音波信号が配管内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間と、第２の超音波信号が配管内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間と、に基づき、計測配管部１内の流体の流速を算出する流速算出部３０２と、を備える。ここで、第４の実施の形態に係る超音波流量計において、計測配管部１は固定されており、回転せず、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が、計測配管部１の周りを連続的に回転可能である。

【0045】

第１の超音波トランスデューサ１０１は、第１のウェッジ１１１上に固定されている。計測配管部１の外周に接触する第１のウェッジ１１１は、例えばポリエーテルイミド等のプラスチック等の合成樹脂等からなる。第１の超音波トランスデューサ１０１は、第１のウェッジ１１１を介して計測配管部１の外周上に配置される。第１の超音波トランスデューサ１０１及び第１のウェッジ１１１は、筐体１５１に格納されている。クランプにより、筐体１５１は計測配管部１の外周上に押しつけられる。第１の超音波トランスデューサ１０１は、第１のウェッジ１１１及び計測配管部１の側壁を介して、計測配管部１内部の流体に第１の超音波信号を送り込む。

【0046】

第２の超音波トランスデューサ１０２は、第２のウェッジ１１２上に固定されている。計測配管部１の外周に接触する第２のウェッジ１１２は、例えばポリエーテルイミド等のプラスチック等の合成樹脂等からなる。第２の超音波トランスデューサ１０２は、第２のウェッジ１１２を介して計測配管部１の外周上に配置される。第２の超音波トランスデューサ１０２及び第２のウェッジ１１２は、筐体１５２に格納されている。クランプにより、筐体１５２は計測配管部１の外周上に押しつけられる。第２の超音波トランスデューサ１０２は、第２のウェッジ１１２及び計測配管部１の側壁を介して、計測配管部１内部の流体に第２の超音波信号を送り込む。

【0047】

計測配管部１の外周上には、レール固定部材２６１、２６２が固定されている。レール固定部材２６１、２６２には、計測配管部１を周回する円環状のレール２５１、２５２が平行に固定されている。円環状のレール２５１、２５２の中心は、計測配管部１の中心軸上にある。

【0048】

第１の超音波トランスデューサ１０１及び第１のウェッジ１１１を格納する筐体１５１は、レール２５１に沿って、計測配管部１上を周回可能である。したがって、第１の超音波トランスデューサ１０１及び第１のウェッジ１１１を格納する筐体１５１は、レール２５１を介して、図２０、図２１、及び図２２に示すように、計測配管部１の周りを回転可能である。また、第２の超音波トランスデューサ１０２及び第１のウェッジ１１２を格納する筐体１５２は、レール２５２沿って、計測配管部１上を周回可能である。したがって、第２の超音波トランスデューサ１０２及び第１のウェッジ１１２を格納する筐体１５２は、レール２５２を介して、計測配管部１の周りを回転可能である。

【0049】

第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を計測配管部１上で回転させる際、筐体１５１、１５２を計測配管部１の外周上に押しつけるクランプ力を弱めてもよい。

【0050】

第４の実施の形態に係る超音波流量計によれば、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が、計測配管部１の中心軸に対して回転可能であるため、計測配管部１内の流体の流速分布が偏っている場合、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を計測配管部１の中心軸に対して回転させることによって、流体の流速の平均値が最も速くなる、第１及び第２の超音波信号の伝播経路を設定することが可能である。

【0051】

第４の実施の形態に係る超音波流量計で流体の流量を計測する際には、まず、調整用に、流量が一定の流体を計測配管部１に流し、計測配管部１上で第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を回転させながら、計測される流速又は流量が最大となる第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の位置を探す。計測される流速又は流量が最大となるところで、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の回転を止め、調整用の流体を流すことを止める。その後、測定対象の流体を計測配管部１に流し、流速又は流量を計測する。

【0052】

（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１においては、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２が対向して配置されている例を示した。これに対し、図２３に示すように、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２を、計測配管部１の中心軸方向に平行に配置し、計測配管部１内で反射された超音波信号を、第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２のそれぞれで受信してもよい。また、超音波信号は、計測配管部１内を複数回反射させてもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

【符号の説明】

【0053】

１ 計測配管部
２ 上流配管
３ 下流配管
４、５ ガスケット
６、７ 環状部材
１１Ａ、１１Ｂ 段部
１２、１３ 突起部
２０ 回転機構
３１、３２ 制限部材
３２ 制限部材
１０１ 第１の超音波トランスデューサ
１０２ 第２の超音波トランスデューサ
１１１ 第１のウェッジ
１１２ 第２のウェッジ
１５１、１５２ 筐体
２５１、２５２ レール
２６１、２６２ レール固定部材
３００ 中央演算処理装置
３０１ 時間計測部
３０２ 流速算出部
３５２ 測定値保存部
４０１ 出力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】