(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023152506
(43)【公開日】2023-10-17
(54)【発明の名称】超音波流体測定装置
(51)【国際特許分類】
G01F 1/66 20220101AFI20231010BHJP
G01F 1/00 20220101ALI20231010BHJP
【ＦＩ】
G01F1/66 101
G01F1/00 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022062560
(22)【出願日】2022-04-04
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100155712
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 尚
(72)【発明者】
【氏名】笠井 誠朗
(72)【発明者】
【氏名】岡田 直樹
【テーマコード（参考）】
2F030
2F035
【Ｆターム（参考）】
2F030CA03
2F030CF01
2F035DA07
2F035DA08
2F035DA09
2F035DA14
(57)【要約】
【課題】配管内部へ追加部材を配置することなく、層流および乱流を含む広い流量範囲にわたって精度よく流量計測が可能な超音波流体測定装置を実現する。
【解決手段】超音波流体測定装置（１）は、流体が流れる配管（１０）と、第１超音波送受信器（２）と、第１超音波送受信器（２）よりも下流側に配置される第２超音波送受信器（３）と、第１超音波送受信器（２）と第２超音波送受信器（３）との間の超音波の伝播時間の差に基づいて流体の流速を測定する測定部と、を備える。配管（１０）は、直線配管部分（１０Ｓ）と、曲線配管部分（１０Ｃ）とを有し、第１超音波送受信器（２）および第２超音波送受信器（３）は、直線配管部分（１０Ｓ）に配置され、かつ、第２超音波送受信器（３）は、直線配管部分（１０Ｓ）と曲線配管部分（１０Ｃ）との境界（１０Ｂ）から乱流において偏流の影響を受ける所定距離（Ｌ）以内に配置されている。
【選択図】図２
【解決手段】超音波流体測定装置（１）は、流体が流れる配管（１０）と、第１超音波送受信器（２）と、第１超音波送受信器（２）よりも下流側に配置される第２超音波送受信器（３）と、第１超音波送受信器（２）と第２超音波送受信器（３）との間の超音波の伝播時間の差に基づいて流体の流速を測定する測定部と、を備える。配管（１０）は、直線配管部分（１０Ｓ）と、曲線配管部分（１０Ｃ）とを有し、第１超音波送受信器（２）および第２超音波送受信器（３）は、直線配管部分（１０Ｓ）に配置され、かつ、第２超音波送受信器（３）は、直線配管部分（１０Ｓ）と曲線配管部分（１０Ｃ）との境界（１０Ｂ）から乱流において偏流の影響を受ける所定距離（Ｌ）以内に配置されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の流体が流れる配管と、
前記配管の外面における第１位置に配置される第１超音波送受信器と、
前記配管の前記外面における、前記第１位置よりも下流側の第２位置に配置される第２超音波送受信器と、
前記第１超音波送受信器と前記第２超音波送受信器との間の超音波の伝播時間の差に基づいて前記流体の流速を測定する測定部と、
を備え、
前記配管は、直線状の管路中心軸を有する直線配管部分と、曲線状の管路中心軸を有する曲線配管部分とを有し、
前記第１超音波送受信器および前記第２超音波送受信器は、前記直線配管部分に配置され、かつ、前記第２超音波送受信器は、前記直線配管部分と前記曲線配管部分との境界から乱流において偏流の影響を受ける所定距離以内に配置されている超音波流体測定装置。
前記配管の外面における第１位置に配置される第１超音波送受信器と、
前記配管の前記外面における、前記第１位置よりも下流側の第２位置に配置される第２超音波送受信器と、
前記第１超音波送受信器と前記第２超音波送受信器との間の超音波の伝播時間の差に基づいて前記流体の流速を測定する測定部と、
を備え、
前記配管は、直線状の管路中心軸を有する直線配管部分と、曲線状の管路中心軸を有する曲線配管部分とを有し、
前記第１超音波送受信器および前記第２超音波送受信器は、前記直線配管部分に配置され、かつ、前記第２超音波送受信器は、前記直線配管部分と前記曲線配管部分との境界から乱流において偏流の影響を受ける所定距離以内に配置されている超音波流体測定装置。
【請求項2】
前記曲線配管部分は、前記直線配管部分において前記第１超音波送受信器が配置されている側が内側又は外側になるように曲がっている、請求項１に記載の超音波流体測定装置。
【請求項3】
前記曲線配管部分は、一回転してループを形成し、
前記ループにおける上流と下流とは連通することなく交差している、請求項１又は２に記載の超音波流体測定装置。
前記ループにおける上流と下流とは連通することなく交差している、請求項１又は２に記載の超音波流体測定装置。
【請求項4】
前記ループにおける上流と下流とが交差する箇所は、前記曲線配管部分が曲り始める曲がり開始点よりも上流側に位置している、請求項３に記載の超音波流体測定装置。
【請求項5】
前記曲線配管部分の曲げ状態を保持する曲げ構造保持部を備える、請求項１又は２に記載の超音波流体測定装置。
【請求項6】
前記曲げ構造保持部と、前記第１超音波送受信器と前記第２超音波送受信器とを含む筐体との接続／非接続を切り替える接続治具を備える、請求項５に記載の超音波流体測定装置。
【請求項7】
前記曲げ構造保持部は、前記曲線配管部分の曲げ状態を調整する曲げ調整部材を備える、請求項５に記載の超音波流体測定装置。
【請求項8】
前記曲線配管部分の曲げ状態の適正度を出力する曲げ状態出力部を備える、請求項７に記載の超音波流体測定装置。
【請求項9】
前記曲げ状態出力部は、前記測定部による所定の測定値のばらつきを前記適正度として出力する、請求項８に記載の超音波流体測定装置。
【請求項10】
前記曲げ状態出力部は、前記配管に層流としての前記流体を流した状態における、前記測定部による流速測定演算の補正係数と、前記配管に乱流としての前記流体を流した状態における前記補正係数との関係を前記適正度として出力する、請求項８に記載の超音波流体測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体流量を測定する超音波流体測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
超音波流体測定装置では、層流および乱流を含む広い流量範囲で用いる際、超音波伝播経路上の流速分布が異なることに起因した測定誤差が出る。本明細書においては、特に断りがない限り、層流および乱流それぞれにおいて、配管内で均一に分布した流速（真の平均流速）を１とした際の流速分布を「流速分布」と称する。
【0003】
特許文献１には、上流側の管路に、超音波の伝播を妨げないように流速分布調整部材（追加部材）を配置して、層流と乱流の流速分布を近づけて流量測定の誤差を少なくした超音波流体測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３－１７８１２６号公報
【特許文献2】特開２００５－８４００４号公報
【特許文献3】特許第３１９４２７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述のような従来技術は、流速分布調整部材を配管内部に配置するため、配管の内径が小さい場合、設置が困難である。また、流速分布調整部材に付着物が堆積する問題もある。また、流速分布調整部材の位置を外から視認できないため、超音波送受信器との位置合わせが難しいといった問題もある。
【0006】
本発明の一態様は、配管内部へ追加部材を配置することなく、層流および乱流を含む広い流量範囲にわたって精度よく流量計測が可能な超音波流体測定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一側面に係る超音波流体測定装置は、測定対象の流体が流れる配管と、前記配管の外面における第１位置に配置される第１超音波送受信器と、前記配管の前記外面における、前記第１位置よりも下流側の第２位置に配置される第２超音波送受信器と、前記第１超音波送受信器と前記第２超音波送受信器との間の超音波の伝播時間の差に基づいて前記流体の流速を測定する測定部と、を備え、前記配管は、直線状の管路中心軸を有する直線配管部分と、曲線状の管路中心軸を有する曲線配管部分とを有し、前記第１超音波送受信器および前記第２超音波送受信器は、前記直線配管部分に配置され、かつ、前記第２超音波送受信器は、前記直線配管部分と前記曲線配管部分との境界から乱流において偏流の影響を受ける所定距離以内に配置されている。
【0008】
これによれば、曲がった配管にて発生する偏流を利用することで、配管内に流速分布調整部材のような追加部材を配置せずとも層流と乱流の流速分布が近づき、一つの補正係数を用いても、広い流量範囲で誤差を少なくすることが可能となる。
【0009】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲線配管部分は、前記直線配管部分において前記第１超音波送受信器が配置されている側が内側又は外側になるように曲がっている構成であってもよい。これによれば、超音波伝播経路での層流と乱流の流速分布がより近づけることができる。
【0010】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲線配管部分は、一回転してループを形成し、前記ループにおける上流と下流とは連通することなく交差している構成であってもよい。これによれば、配管を単純に曲げた構成よりも偏流を発生しやすくすることができる。
【0011】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記ループにおける上流と下流とが交差する箇所は、前記曲線配管部分が曲り始める曲がり開始点よりも上流側に位置している構成であってもよい。これによれば、曲線配管部分のループと、第１超音波送受信器２等を収容した筐体とが干渉し難くなり、ループと筐体とを近づけることができる。
【0012】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲線配管部分の曲げ状態を保持する曲げ構造保持部を備える構成であってもよい。これによれば、配管が可撓性を有し、復元力が働いても曲げ状態、ループ状態を保持することができる。
【0013】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲げ構造保持部と、前記第１超音波送受信器と前記第２超音波送受信器とを含む筐体との接続／非接続を切り替える接続治具を備える構成であってもよい。これによれば、問題のある方のみを交換することができ、また、交換後の位置合わせを容易に行うことができる。
【0014】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲げ構造保持部は、前記曲線配管部分の曲げ状態を調整する曲げ調整部材を備える構成であってもよい。これによれば、曲げ状態を調整することができる。
【0015】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲線配管部分の曲げ状態の適正度を出力する曲げ状態出力部を備える構成であってもよい。これによれば、出力に応じて曲げ状態を確認することができる。
【0016】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲げ状態出力部は、前記測定部による所定の測定値のばらつきを前記適正度として出力する構成であってもよい。
【0017】
本発明の一側面に係る超音波流体測定装置において、前記曲げ状態出力部は、前記配管に層流としての前記流体を流した状態における、前記測定部による流速測定演算の補正係数と、前記配管に乱流としての前記流体を流した状態における前記補正係数との関係を前記適正度として出力する構成であってもよい。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様によれば、配管内部へ追加部材を配置することなく、層流および乱流を含む広い流量範囲にわたって精度よく流量計測が可能な超音波流体測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】層流および乱流それぞれにおいて、配管内で均一に分布した流速（真の平均流速）を１とした際の流速分布を示したグラフである。
【図2】発明の概念を説明する図である。
【図3】発明の概念を説明する別の図である。
【図4】本発明が適用された一実施形態に係る超音波流体測定装置の外観を示す図である。
【図5】一実施形態に係る超音波流体測定装置のブロック図である。
【図6】第１超音波送受信器および第２超音波送受信器と、配管との設置例を示す図である。
【図7】曲線配管部分がループを形成した一実施形態に係る超音波流体測定装置の図である。
【図8】曲線配管部分が別のループを形成した一実施形態に係る超音波流体測定装置の図である。
【図9】曲線配管部分の曲げ状態を保持する曲げ構造保持部を備える一実施形態に係る超音波流体測定装置の図である。
【図10】構造保持部および接続治具を備える一実施形態に係る超音波流体測定装置の図である。
【図11】曲線配管部分におけるループの曲げ調整を説明する図である。
【図12】曲げ調整部材の構成を示す図である。
【図13】曲げ調整部材の別の構成を示す図である。
【図14】一実施形態に係る超音波流体測定装置において、曲線配管部分の曲げ状態を判定する手順を示すフローである。
【図15】曲げの調整方法と測定値のばらつき変化とを示す図である。
【図16】曲げの調整時に表示部に表示される表示例を示す図である。
【図17】曲げの調整時に表示部に表示される別の表示例を示す図である。
【図18】一実施形態に係る超音波流体測定装置において、曲線配管部分の曲げ状態を判定する別の手順を示すフローである。
【図19】本発明が適用された別の実施形態に係る超音波流体測定装置のブロック図である。
【図20】別の実施形態に係る超音波流体測定装置を管路に曲線配管部分を有する配管に外付けにて設置した後に行うモード設定の手順を示すフローである。
【図21】超音波伝播経路の幅および配管の内径を示す説明図である。
【図22】超音波伝播経路の幅と配管の内径との比と、補正係数との関係を示すグラフである。
【図23】別の実施形態に係る超音波流体測定装置の出荷時の調整手順を示すフローである。
【図24】別の実施形態に係る超音波流体測定装置を配管に外付けするための外付け用治具を示す図である。
【図25】実施形態に係る反射型の超音波流体測定装置の外観を示す図である。
【図26】反射型における第１超音波送受信器および第２超音波送受信器と、配管との設置例を示す図である。
【図27】実施形態に係る反射型の超音波流体測定装置を配管に外付けするための外付け用治具を示す図である
【図28】乱流における偏流の流速分布イメージを示す図である。
【図29】流れの状態がわかるレイノルズ数を横軸に、超音波流体測定装置による測定値を縦軸にとったグラフである。
【図30】レイノルズ数を横軸に、超音波流体測定装置による測定誤差を縦軸にとったグラフである。
【図31】レイノルズ数を横軸に、超音波流体測定装置による測定値のばらつきを縦軸にとったグラフである。
【図32】曲線配管部分の近くに第１超音波送受信器および第２超音波送受信器を設置するための構成を有する透過型および反射型それぞれの超音波流体測定装置の図である。
【図33】曲線配管部分の近くに第１超音波送受信器および第２超音波送受信器を設置するための構成を有する別の透過型の超音波流体測定装置の図である。
【図34】曲線配管部分の近くに第１超音波送受信器および第２超音波送受信器を設置するための構成を有する別の反射型の超音波流体測定装置の図である。
【図35】曲線配管部分の近くに第１超音波送受信器および第２超音波送受信器を設置するための構成を有するさらに別の透過型の超音波流体測定装置の図である。
【図36】曲線配管部分の近くに第１超音波送受信器および第２超音波送受信器を設置するための構成を有するさらに別の反射型の超音波流体測定装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
【0021】
（補正係数ｋの説明）
まず、超音波流体測定装置に用いる補正係数ｋについて説明する。超音波流体測定装置おいては、２つの超音波送受信器の間に形成される超音波伝播経路上の平均流速Ｖ’を配管内で均一に流速分布した流速Ｖ（真の平均流速）として測定しているため、管の断面積をＳとすると、Ｖ’×Ｓにより計算される計測流量Ｑ’は、真の流量Ｑとは異なる。そのため、平均流速Ｖ’と管断面の平均流速（真の流速）Ｖとの比Ｖ’／Ｖ＝Ｑ’／Ｑ＝ｋを補正係数（流量補正係数）として用いることで、Ｑ＝Ｖ×Ｓ＝Ｖ’／ｋ×Ｓとして、真の流量Ｑを求めることになる。補正係数ｋは、測定管内の流体（液体）の流速分布に依存して変わるため、層流と乱流では異なる。
まず、超音波流体測定装置に用いる補正係数ｋについて説明する。超音波流体測定装置おいては、２つの超音波送受信器の間に形成される超音波伝播経路上の平均流速Ｖ’を配管内で均一に流速分布した流速Ｖ（真の平均流速）として測定しているため、管の断面積をＳとすると、Ｖ’×Ｓにより計算される計測流量Ｑ’は、真の流量Ｑとは異なる。そのため、平均流速Ｖ’と管断面の平均流速（真の流速）Ｖとの比Ｖ’／Ｖ＝Ｑ’／Ｑ＝ｋを補正係数（流量補正係数）として用いることで、Ｑ＝Ｖ×Ｓ＝Ｖ’／ｋ×Ｓとして、真の流量Ｑを求めることになる。補正係数ｋは、測定管内の流体（液体）の流速分布に依存して変わるため、層流と乱流では異なる。
【0022】
層流および乱流それぞれにおいて、配管内で均一に分布した流速（真の平均流速）を１とした際の流速分布を示したグラフである。実線が、配管内で均一に分布した理想の流速分布を示し、破線が層流の流速分布を示し、一点鎖線が乱流の流速分布を示す。横軸の「０」が管の中心を示し、横軸の「－１」が管の一方の端、横軸の「１」が管のもう一方の端を示す。縦軸が配管内で均一に分布した流速（真の平均流速）を１とした際の流速を示す。
【0023】
層流時の真の平均流速をＶ１、乱流時の真の平均流速をＶ２、層流時の平均流速Ｖ’１、乱流時の平均流速Ｖ’２とすると、層流時の補正係数ｋ１および乱流時の補正係数ｋ２は、以下のようになる。
【0024】
層流時の補正係数ｋ１＝Ｖ’１／Ｖ１
乱流時の補正係数ｋ２＝Ｖ’２／Ｖ２
超音波伝播経路が配管中心付近のみを通る場合を例にすると、図１に示すように、層流は、真ん中に流速が速い部分が多いため、Ｖ’１がＶ１より大きく見える。一方、乱流は、真ん中の流速が端に比べて若干速くなる程度であるため、Ｖ’２とＶ２は近い。そのため、ｋ１＞ｋ２となる。このように、層流と乱流とでは補正係数ｋが異なり、ｋを１つの値で計算すると誤差が大きくなる。
乱流時の補正係数ｋ２＝Ｖ’２／Ｖ２
超音波伝播経路が配管中心付近のみを通る場合を例にすると、図１に示すように、層流は、真ん中に流速が速い部分が多いため、Ｖ’１がＶ１より大きく見える。一方、乱流は、真ん中の流速が端に比べて若干速くなる程度であるため、Ｖ’２とＶ２は近い。そのため、ｋ１＞ｋ２となる。このように、層流と乱流とでは補正係数ｋが異なり、ｋを１つの値で計算すると誤差が大きくなる。
【0025】
（発明の概念の説明）
図２は、発明の概念を説明する図である。図２の符号２０１の図に示すように、測定対象の流体が流れる配管１０に、曲線状の管路中心軸を有する曲線配管部分１０Ｃが存在すると、図２の符号２０３の図に示すように、曲線配管部分１０Ｃで偏流が発生する。偏流が発生すると、図２の符号２０２の図に示す通常（曲げなし）と比べるとわかるように、乱流においても流速が速い部分が多くなる。そのため、Ｖ’２がＶ２より大きく見え層流に近づく。つまり、配管の曲げを利用することで、配管内に流速分布調整部材のような追加部材を配置せずとも層流と乱流の流速分布が近づき、一つの補正係数ｋを用いても、広い流量範囲で誤差を少なくすることが可能となる。
図２は、発明の概念を説明する図である。図２の符号２０１の図に示すように、測定対象の流体が流れる配管１０に、曲線状の管路中心軸を有する曲線配管部分１０Ｃが存在すると、図２の符号２０３の図に示すように、曲線配管部分１０Ｃで偏流が発生する。偏流が発生すると、図２の符号２０２の図に示す通常（曲げなし）と比べるとわかるように、乱流においても流速が速い部分が多くなる。そのため、Ｖ’２がＶ２より大きく見え層流に近づく。つまり、配管の曲げを利用することで、配管内に流速分布調整部材のような追加部材を配置せずとも層流と乱流の流速分布が近づき、一つの補正係数ｋを用いても、広い流量範囲で誤差を少なくすることが可能となる。
【0026】
超音波流体測定装置１における第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３は、配管１０における曲線配管部分１０Ｃの下流側の直線状の管路中心軸を有する直線配管部分１０Ｓの外面に配置される。第１超音波送受信器２の配置位置を第１位置とすると、第２超音波送受信器３は第１位置よりも下流側の第２位置に配置される。第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３との間に、超音波伝播経路Ｘが形成される。
【0027】
曲線配管部分１０Ｃの曲げ量は、配管１０に流れる流体の密度および該流体の粘度、並びに配管の内径に合わせて設定してもよい。曲げ量を調整できない場合は、曲線配管部分１０Ｃと直線配管部分１０Ｓとの境界１０Ｂから第２超音波送受信器３までの距離を、配管１０に流れる流体の密度および該流体の粘度、並びに配管の内径に合わせて設定してもよい。
【0028】
第２超音波送受信器３は、曲線配管部分１０Ｃにより乱流において偏流の影響が残る所定距離Ｌ以内に設置する。ここで、乱流において偏流の影響が残る距離（所定距離Ｌ）について図２８を用いて説明する。
【0029】
図２８は、乱流における偏流の流速分布イメージを示す図である。曲線配管部分１０Ｃによる偏流の影響は、層流においては短い距離で戻る上、影響がある場合とない場合の流速分布の差は小さい。一方、乱流においては、図２８に示すように、偏流の影響を受けて流速分布が偏った後、直線配管部分１０Ｓを流れる間に徐々に整流されていく。偏流の影響がある場合とない場合の流速分布の差が大きいため、一般的には整流に必要な距離を取り流速計測することが推奨されている。
【0030】
乱流において偏流の影響を受ける距離の例としては、特許文献２には、整流目的の配管の直径Ｄの２０倍～２５倍必要と記載されている。また、特許文献３には、測定管として円管を用いた場合、管内流速分布の影響を考慮すると、測定部前の直管長を配管の直径Ｄの３０倍以上を長くとることが必要と記載されている。
【0031】
さらに、差圧流量計、羽根車流量計、Turbine flowmeter、渦流量計、超音波流量計などの推測式流量計では、上流側の非定常流（不均一流）による流速分布（速度分布）の影響で流量誤差を生じるために、上流側には規定の直管長さが不可欠である。その規定の直管長さは、配管の内径の１０倍とされている。しかしながら、配管の内径の１０倍の直管長さを設けても、乱流流速分布の影響による流量誤差は０％とはならず、配管の内径４０～６０倍の直管長さを設けることで初めて完全に発達した乱流流速分布が形成すると云われている。
【0032】
本発明では、敢えて乱流において偏流の影響を受ける所定距離Ｌ以内に第２超音波送受信器３を配置し、影響が問題視されていた偏流を逆に利用する。これにより、本来であれば大きく異なる層流と乱流の流速分布を、偏流を利用して乱流の流速分布を層流の流速分布に近づけることできるため、一つの補正係数ｋを用いても広い流量範囲で誤差を少なくすることが可能となる。なお、層流において偏流の影響がある場合とない場合の流速分布の差は小さいため、乱流において偏流の影響を受ける所定距離Ｌ以内に配置すれば、層流において偏流の影響がある距離とない距離のどちらに配置しても良い。
【0033】
所定距離Ｌは、直線配管部分１０Ｓと曲線配管部分１０Ｃとの境界１０Ｂから乱流において偏流の影響を受ける距離である。所定距離Ｌは、例えば配管１０の内径Ｄの３０倍とすることができる。また、所定距離Ｌを、境界１０Ｂから内径Ｄの２０倍とすることで、乱流において偏流の影響が顕著であるので、より効果的に偏流を利用することができる。さらに、より好ましくは、所定距離Ｌを、境界１０Ｂから内径Ｄの１０倍とすることである。
【0034】
以上のように、上記構成とすることで、配管内に流速分布調整部材のような追加部材を配置せずとも、一つの補正係数ｋを用いて、広い流量範囲で誤差を少なくすることが可能となる。
【0035】
曲線配管部分１０Ｃは、配管１０の直線配管部分１０Ｓに形成される超音波伝播経路Ｘの方向に曲がっていてもよい。つまり、直線配管部分１０Ｓにおける第１超音波送受信器２が配置されている側が、曲げの内側あるいは曲げの外側となるように曲がっていてもよい。これによれば、超音波伝播経路Ｘでの層流と乱流の流速分布をより小さい曲げ量で近づけることができる。
【0036】
図２の符号２０１の図では、直線配管部分１０Ｓに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を配置するにおいて、曲線配管部分１０Ｃおける曲げの内側となる方に第１超音波送受信器２を配置し、曲げの外側となる方に第２超音波送受信器３を配置している。図示してはいないが、曲線配管部分１０Ｃおける曲げの外側となる方に第１超音波送受信器２を配置し、曲げの内側となる方に第２超音波送受信器３を配置してもよい。
【0037】
また、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３は、配管１０の内面での反射を利用して超音波伝播経路を形成してもよい。図３は、発明の概念を説明する別の図である。図３の符号３０１の図では、直線配管部分１０Ｓにおいて、曲線配管部分１０Ｃおける曲げの内側となる方に第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が配置されている。図３の符号３０２の図では、直線配管部分１０Ｓにおいて、曲線配管部分１０Ｃおける曲げの外側となる方に第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が配置されている。
【0038】
これらにおいて、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３から発せられた超音波はそれぞれ、直線配管部分１０Ｓの内面に反射されて第２超音波送受信器３および第１超音波送受信器２へと入射する。図２に示した構成は所謂透過型であり、図３に示した構成は所謂反射型である。
【0039】
曲線配管部分１０Ｃを有する、あるいは曲線配管部分１０Ｃを形成し得る配管１０は、超音波流体測定装置１の構成部品として備えていても良いし、超音波流体測定装置１の構成部品として備えていなくてもよい。配管１０を備えていない構成では、流量測定対象の配管が配管１０となり、超音波流体測定装置１は配管１０の外面に外付けする。
【0040】
§１ 適用例
まず、図４を用いて、本発明が適用された場面の一例について説明する。図４は、本発明が適用された超音波流体測定装置１Ｂの外観を示している。超音波流体測定装置１Ｂは、経路に曲げ形状を有する配管１０に外付けした場合に、曲線配管モードにて流量を測定することができる。
まず、図４を用いて、本発明が適用された場面の一例について説明する。図４は、本発明が適用された超音波流体測定装置１Ｂの外観を示している。超音波流体測定装置１Ｂは、経路に曲げ形状を有する配管１０に外付けした場合に、曲線配管モードにて流量を測定することができる。
【0041】
超音波流体測定装置１Ｂにおける本体は、曲線配管部分１０Ｃの下流に位置する直線状の直線配管部分１０Ｓに設置され、本体の筐体１１の内部に第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が収容されている。
【0042】
図１９に示すように、超音波流体測定装置１Ｂは、判定部４３を備えており、判定部４３が、直線状の配管に設置された直線配管モードか、曲線状の配管に設置された曲線配管モードかを判定する。流体の速度を測定する測定部４１は、判定部４３によって受け付けられた情報に基づいて流速測定演算を補正する。
【0043】
§２ 構成例
〔実施形態１〕
（超音波流体測定装置１Ａの構成）
本実施形態では、配管１０を備える超音波流体測定装置１Ａについて説明する。図４は、超音波流体測定装置１Ａの外観を示す図である。図４において、符号４０１の図は、超音波流体測定装置１Ａを側面より見た図であり、筐体１１内部を透過して示している。符号４０２の図は、超音波流体測定装置１Ａの正面図である。図５は、一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａのブロック図である。
〔実施形態１〕
（超音波流体測定装置１Ａの構成）
本実施形態では、配管１０を備える超音波流体測定装置１Ａについて説明する。図４は、超音波流体測定装置１Ａの外観を示す図である。図４において、符号４０１の図は、超音波流体測定装置１Ａを側面より見た図であり、筐体１１内部を透過して示している。符号４０２の図は、超音波流体測定装置１Ａの正面図である。図５は、一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａのブロック図である。
【0044】
図４、図５に示すように、超音波流体測定装置１Ａは、測定対象の流体が流れる配管１０と、第１超音波送受信器２、第２超音波送受信器３、制御部４、ユーザからの操作を受け付ける操作部５、情報を表示する表示部６、他の装置と通信する通信部７、および記憶部８等を備えている。なお、操作部５は、タッチパネルであってもよく、この場合、表示部６の表示面が操作部５の入力面を兼ねることになる。表示部６は、図４の例に示すように、小さい状態表示灯を別途設けて、正常/異常などの状態に従い色が変わるようにしてもよい。制御部４は、測定部４１、および曲げ状態出力部４２を含む。
【0045】
図４に示すように、配管１０は、直線配管部分１０Ｓと、直線配管部分１０Ｓよりも上流側に位置する曲線配管部分１０Ｃとを有する。配管１０を構成要素として備える超音波流体測定装置１Ａでは、配管１０を流量測定対象の配管の途中に接続する。そのため、配管１０の端部は、樹脂製である場合はそのままでもよいが、金属配管等の場合はネジ加工やフランジを有していてもよい。
【0046】
第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３は、直線配管部分１０Ｓの配管外面に配置される。第１超音波送受信器２は、第１位置に配置され、第２超音波送受信器３は、第１位置よりも下流側である第２位置に配置される。第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３との間に超音波伝播経路Ｘが形成される。
【0047】
第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３は、直線配管部分１０Ｓに配置され、かつ、第２超音波送受信器３は、直線配管部分１０Ｓと曲線配管部分１０Ｃとの境界１０Ｂから乱流において偏流の影響を受ける所定距離Ｌ以内に配置されている。
【0048】
測定部４１は、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３との間の超音波の伝播時間の差に基づいて配管を流れる流体の速度を測定する。測定部４１は、測定した速度から流量を算出する。
【0049】
曲げ状態出力部４２は、配管における曲線配管部分の曲げ状態の適正度を出力する。曲げ状態出力部４２は、例えば表示部６に適正度を表示させてもよいし、通信部７を介して外部に出力してもよい。
【0050】
【0051】
（超音波送受信器の設置例）
図６は、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３と、配管１０との設置例を示す図である。図６において、符号６０１の図は、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、配管１０（直線配管部分１０Ｓ）の外面に配置した例である。この場合、超音波の伝わりをよくするために、音響整合層１３を介して設置してもよい。符号６０２、６０３の図は、配管１０（直線配管部分１０Ｓ）に孔を開けて、流体と第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３とが接するように配置した例である。符号６０３の図のように、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が孔から突き出るように設置してもよい。
図６は、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３と、配管１０との設置例を示す図である。図６において、符号６０１の図は、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、配管１０（直線配管部分１０Ｓ）の外面に配置した例である。この場合、超音波の伝わりをよくするために、音響整合層１３を介して設置してもよい。符号６０２、６０３の図は、配管１０（直線配管部分１０Ｓ）に孔を開けて、流体と第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３とが接するように配置した例である。符号６０３の図のように、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が孔から突き出るように設置してもよい。
【0052】
（ループ構造）
図７は、曲線配管部分１０ＣがループＲを形成した一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。図７の符号７０１に示す図は、超音波流体測定装置１Ａの断面図であり、第１超音波送受信器２を通る配管１０の直径方向と配管１０の中心軸とを含む面で切った断面図である。図７の符号７０２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
図７は、曲線配管部分１０ＣがループＲを形成した一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。図７の符号７０１に示す図は、超音波流体測定装置１Ａの断面図であり、第１超音波送受信器２を通る配管１０の直径方向と配管１０の中心軸とを含む面で切った断面図である。図７の符号７０２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
【0053】
図７に示す例では、曲線配管部分１０Ｃは、一回転してループＲを形成している。ループＲにおける上流と下流とは連通することなく交差している。ループＲにおける上流と下流とは、曲線配管部分１０Ｃが曲がり始める曲がり開始点、つまり曲線配管部分１０Ｃと直線配管部分１０Ｓとの境界１０Ｂにおいて交差している。第２超音波送受信器３は、境界１０Ｂより下流側の所定距離Ｌ以内の直線配管部分１０Ｓに位置している。
【0054】
このように、曲線配管部分１０ＣにループＲを形成することで、配管を単純に曲げた構成（図２参照）よりも偏流が発生しやすい。そのため、内径Ｄが小さい場合や、測定対象の流体の粘度が高い場合などに適している。また、配管を単純に曲げた構成（図２参照）よりも、省スペース化が図れるといった利点もある。
【0055】
（干渉回避構造）
図８は、曲線配管部分１０Ｃが別のループＲを形成した一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。図８の符号８０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図８の符号８０２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
図８は、曲線配管部分１０Ｃが別のループＲを形成した一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。図８の符号８０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図８の符号８０２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
【0056】
図８の例では、曲線配管部分１０Ｃに形成されたループＲにおける上流と下流とが交差する箇所が、曲線配管部分１０Ｃと直線配管部分１０Ｓとの境界１０Ｂよりも上流側に位置している。
【0057】
このように、曲線配管部分１０Ｃにおいて、ループＲの上流と下流とが交差する箇所を境界１０Ｂよりも上流側とすることで、境界１０Ｂより下流側へのループＲの入り込みを小さくすることができる。これにより、ループＲと、第１超音波送受信器２等を収容した超音波流体測定装置１Ａの筐体１１とが干渉し難くなり、ループと超音波流体測定装置１Ａとを近づけることができる。
【0058】
（曲げ構造保持部）
図９は、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を保持する曲げ構造保持部１５を備える一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。超音波流体測定装置１Ａの図である。図９の符号９０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図９の符号９０２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
図９は、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を保持する曲げ構造保持部１５を備える一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。超音波流体測定装置１Ａの図である。図９の符号９０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図９の符号９０２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
【0059】
図９に示すように、曲げ構造保持部１５は、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を保持する。曲げ構造保持部１５を備えることで、例えば配管１０が可撓性を有し、復元力が働いても曲げ状態、ループ状態を保持することができる。曲げ構造保持部１５は、曲線配管部分１０Ｃにおける曲げられている部分の少なくとも一部を覆うようにして曲げ状態を保持してもよい。
【0060】
（接続治具）
図１０は、構造保持部１５および接続治具１６を備える一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。図１０の符号１００１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図１０の符号１００２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
図１０は、構造保持部１５および接続治具１６を備える一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａの図である。図１０の符号１００１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図１０の符号１００２に示す図は、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
【0061】
図１０に示すように、曲げ構造保持部１５と超音波流体測定装置１Ａの筐体１１とを連結する接続治具１６を備える。接続治具１６は、曲げ構造保持部１５と、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３とを含む筐体１１との接続／非接続を切り替える。
【0062】
曲げ構造保持部１５を筐体１１と一体に設けてもよいが、このように、接続治具１６を設けて、曲げ構造保持部１５と筐体１１とを切り離し可能に接続してもよい。これによれば、筐体１１を有する装置本体側または曲げ構造保持部１５のうちの何れかに問題が生じたい場合、問題のある方のみを交換することができる。また、接続治具１６にて装置本体と曲げ構造保持部１５との距離関係が維持されるので、交換後の位置合わせを容易に行うことができる。
【0063】
つまり、超音波流体測定装置１Ａは、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を保持する曲げ構造保持部１５と、曲げ構造保持部１５と第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を含む筐体１１との接続／非接続を切り替える接続治具１６と、を備えていてもよい。
【0064】
（ループの曲げ調整）
図１１は、曲線配管部分１０ＣにおけるループＲの曲げ調整を説明する図である。図１１の符号１１０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図１１の符号１１０２，１１０３に示す図は、曲線配管部分１０Ｃの部分のみを示している。
図１１は、曲線配管部分１０ＣにおけるループＲの曲げ調整を説明する図である。図１１の符号１１０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図である。図１１の符号１１０２，１１０３に示す図は、曲線配管部分１０Ｃの部分のみを示している。
【0065】
符号１１０１の図において、曲線配管部分１０ＣにおけるループＲの中央に位置する部材は、ループＲの曲げ状態を調整する曲げ調整部材１７である。曲げ構造保持部１５は、曲げ調整部材１７を備える。曲げ調整部材１７は縦方向に伸縮して、ループＲを縦方向に伸縮させる部材である。
【0066】
符号１１０１の図に示すように、曲げ調整部材１７が通常状態では、円形に近いループＲが形成される。符号１１０２の図に示すように、曲げ調整部材１７が延びることで、ループＲが縦方向に延び、ループＲの縦方向の曲率半径が大きくなる。縦方向の曲率半径が大きくなることで、流速が同じでも遠心力が緩やかになり、遠心力の影響を受けやすい粘度が小さい流体や、遠心力が減る密度が小さい流体の測定に適している。
【0067】
符号１１０３の図に示すように、曲げ調整部材１７が縮むことで、ループＲが縦方向に縮、ループＲの縦方向の曲率半径が小さくなる。縦方向の曲率半径が小さくなることで、流速が同じでも遠心力が強くなり、遠心力の影響を受け難い粘度が大きい流体や、遠心力が増える密度が大きい流体の測定に適している。
【0068】
図１２は、曲げ調整部材１７の構成を示す図である。図１２の符号１２０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図であり、曲げ調整部材１７が取り付けられた曲線配管部分１０Ｃの部分を示す。図１２の符号１２０２に示す図は、曲げ調整部材１７が取り付けられた、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
【0069】
図１２の符号１２０１、１２０２の図に示すように、曲げ調整部材１７は、ループＲの上部を挟み込む上挟み込み部１７Ｕと、ループＲの下部を挟み込む下挟み込み部１７Ｄとを備える。ネジ１７Ｎを回転させると、その回転方向に応じて、上挟み込み部１７Ｕが下挟み込み部１７Ｄに対して上方向又は下方向へ移動する。上挟み込み部１７Ｕが上方向に移動することで、ループＲが縦方向に延び、上挟み込み部１７Ｕが下方向に移動することで、ループＲが縦方向に縮む。
【0070】
符号１２０１の図に示すように、上挟み込み部１７Ｕおよび下挟み込み部１７Ｄにおいて、ループＲと接触する面はループＲを形成している配管１０の外面の形状に則した形状を有しており、ループＲの伸縮時に配管形状を潰さないようになっている。
【0071】
図１３は、曲げ調整部材１７の別の構成を示す図である。図１３の符号１３０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った超音波流体測定装置１Ａの断面図であり、曲げ調整部材１７が取り付けられた曲線配管部分１０Ｃの部分を示す。図１３の符号１３０２に示す図は、曲げ調整部材１７が取り付けられた、曲線配管部分１０Ｃを上流側より見た図である。
【0072】
図１３の符号１３０１，１３０２の図に示すように、曲げ調整部材１７は、ループＲの上部を挟み込む上挟み込み部１７Ｕと、ループＲの下部を包み込むように保持する下部保持部１７Ｈと、を備える。ネジ１７Ｎを回転させると、その回転方向に応じて、上挟み込み部１７Ｕが下部保持部１７Ｈに対して上方向又は下方向へ移動する。
【0073】
（曲げ状態の判定（１））
図１４～図１７を用いて、曲線配管部分１０Ｃを適正な曲げ量に調整について説明する。ここでは、曲げ状態出力部４２が、測定部４１による所定の測定値のばらつきを適正度として出力する。超音波流体測定装置１Ａのユーザが、出力された適正度を参照して曲げを調整する。これにより、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を、流体に応じて適正なものとできる。
図１４～図１７を用いて、曲線配管部分１０Ｃを適正な曲げ量に調整について説明する。ここでは、曲げ状態出力部４２が、測定部４１による所定の測定値のばらつきを適正度として出力する。超音波流体測定装置１Ａのユーザが、出力された適正度を参照して曲げを調整する。これにより、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を、流体に応じて適正なものとできる。
【0074】
図１４は、一実施形態に係る超音波流体測定装置１Ａにおいて、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を判定する手順を示すフローである。図１４に示すように、曲げ量を調整する際、配管１０に遷移となる流量Ｑ２で流体を流す(Ｓ１)。遷移の流量Ｑ２では、同一流量でも層流と乱流とが混ざって存在するが、配管１０を曲げることで層流と乱流の流速が近いので、伝播時間差ばらつきは小さくなる。
【0075】
流量Ｑ２にて流体を流しながら、配管１０における曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態（ループＲを形成している場合は、ループＲの伸縮）を調整し（Ｓ２）、測定値(Δt’２、Ｖ’２またはＱ’２)を取得する(Ｓ３)。曲げ状態出力部４２は、測定部４１が取得した測定値であるばらつき（所定の測定値ばらつき）を適正度として出力する（Ｓ４）。出力された適正度は、例えば表示部６に表示される。
【0076】
超音波流体測定装置１Ａのユーザは、表示部６の表示を基に、一定時間の測定値のばらつきが最小になったか否かを判断する（Ｓ５）。ユーザは最小になったと判断すると、曲げ状態の判定、曲げの調整を終了する。一方、ユーザは最小になっていないと判断すると、Ｓ２に戻って曲げ状態を調整し、最小になったことが確認されるまで調整を行う。
【0077】
Ｓ１において、流量の計算方法は以下の式（１）を用いて決定する。
【0078】
Ｑ＝Ｒｅ・Ｓ・μ／(ρ・Ｄ) … 式（１）
Ｒｅ＝ρ・Ｖ・Ｄ／μ
Ｖ=Ｑ／Ｓ
Ｒｅ：レイノルズ数 ρ：流体の密度［ｋｇ／ｍ３］ Ｖ：平均流速[ｍ／ｓ]
Ｄ：配管の内径[ｍ] μ：流体の粘性係数[Ｐａ・s]（物性値）
Ｑ：流量[ｍ３／ｓ] Ｓ：配管断面積［ｍ２］
実施例として、遷移時のＲｅは、２０００＜Ｒｅ＜４０００であるため、ここでは例えば「Ｒｅ＝２６００」を代入し、流量Ｑ２を計算する。なお、遷移時と乱流時とで、「Ｒｅ＝２６００」を代入し、遷移時の流量および乱流時の流量を共にＱ２とする。
Ｒｅ＝ρ・Ｖ・Ｄ／μ
Ｖ=Ｑ／Ｓ
Ｒｅ：レイノルズ数 ρ：流体の密度［ｋｇ／ｍ３］ Ｖ：平均流速[ｍ／ｓ]
Ｄ：配管の内径[ｍ] μ：流体の粘性係数[Ｐａ・s]（物性値）
Ｑ：流量[ｍ３／ｓ] Ｓ：配管断面積［ｍ２］
実施例として、遷移時のＲｅは、２０００＜Ｒｅ＜４０００であるため、ここでは例えば「Ｒｅ＝２６００」を代入し、流量Ｑ２を計算する。なお、遷移時と乱流時とで、「Ｒｅ＝２６００」を代入し、遷移時の流量および乱流時の流量を共にＱ２とする。
【0079】
Ｓ３における測定値の取得は、以下の式（２）（３）を用いる。
【0080】
Ｖ＝ｃ２・Δt／（２・Ｌ・ｃｏｓθ） 式（２）
Ｑ＝Ｖ・Ｓ 式（３）
ｃ：超音波の流体中における伝播速度 Δt：伝播時間差(ｔ２－ｔ１)
Ｖ:平均流速 Ｑ:流量値
上式を用い、Ｓ３では、Δt’２の実測からＶ’２、Ｑ’２のいずれかを求める。なお、Δt’の値が、流量０で「０」にならない場合は、流量０でのオフセット値を削除しておくとよい。
Ｑ＝Ｖ・Ｓ 式（３）
ｃ：超音波の流体中における伝播速度 Δt：伝播時間差(ｔ２－ｔ１)
Ｖ:平均流速 Ｑ:流量値
上式を用い、Ｓ３では、Δt’２の実測からＶ’２、Ｑ’２のいずれかを求める。なお、Δt’の値が、流量０で「０」にならない場合は、流量０でのオフセット値を削除しておくとよい。
【0081】
図１５は、曲げの調整方法と測定値のばらつき変化とを示す図である。図１５の符号１５０１に時間と曲げ状態の調整量との関係を示し、図１５の符号１５０２に時間と測定値のばらつきとの関係を示す。符号１５０１、１５０２において、時間軸は合わせている。
【0082】
曲げ状態の調整量とは、配管１０が柔軟な場合は、ループＲの曲げ調整等を含む曲げ量の調整であり、前述した図１２、図１３の曲げ調整部材１７を用いる構成ではネジ１７Ｎの回転量に相当する。また、配管１０が曲げ量を変更できない硬い材質からなる場合は、曲げ開始点である境界１０Ｂと第２超音波送受信器３との距離に相当する。
【0083】
図１５の例では、調整を開始して調整量を増やしていくとばらつきが小さくなっていく（０からＴ１）。調整量が適正値を超えると、調整量を増やしてもばらつきは逆に大きくなる（Ｔ１－Ｔ２）。このように、ばらつきが逆に転じると、ユーザは、元に戻す方向に調整し、ばらつきが再び小さく変化することを確認し、ばらつきが減少から増加に転じたポイントＰ１の調整量を、曲げの適正値とする。測定値のばらつきは、一定時間内の測定値に対して、Δ(最大値と最小値の差分)あるいは標準偏差を算出したものである。
【0084】
図１６は、曲げの調整時に表示部６に表示される表示例を示す図である。図１５の符号１５０２に示す時間と測定値のばらつきとの関係が得られる場合、図１６に示すように、表示部６にグラフを表示し、測定値のばらつきを順次プロットしていってもよい。図１６に示す複数のグラフは、表示されるグラフの遷移を示している。
【0085】
図１７は、曲げの調整時に表示部６に表示される別の表示例を示す図である。図１５の符号１５０２に示す時間と測定値のばらつきとの関係が得られる場合、図１７に示すように、測定値のばらつきの数値（例えば「Δ３０ｍＬ／ｍｉｎ」）を表示してもよい。また、数値の近傍に、前の表示値からばらつきの増減を示す印（矢印や＋－など）を表示してもよい。また、履歴としての最小値を更新したことを示す印（図１７の★など）をさらに表示してもよい。図１７に示す複数の数値表示の遷移を示している。
【0086】
（曲げ状態の判定（２））
図１８を用いて、曲線配管部分１０Ｃを適正な曲げ量に調整の別の方法について説明する。図１８は、超音波流体測定装置１Ａにおいて、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を判定する別の手順を示すフローである。ここでは、曲げ状態出力部４２が、配管１０に層流としての流体を流した状態における、測定部４１による流速測定演算の補正係数ｋ１と、配管１０に乱流としての流体を流した状態における補正係数ｋ２との関係を適正度として出力する。超音波流体測定装置１Ａのユーザが出力された適正度を参照して曲げを調整する。これにより、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を、流体に応じて適正なものとできる。
図１８を用いて、曲線配管部分１０Ｃを適正な曲げ量に調整の別の方法について説明する。図１８は、超音波流体測定装置１Ａにおいて、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を判定する別の手順を示すフローである。ここでは、曲げ状態出力部４２が、配管１０に層流としての流体を流した状態における、測定部４１による流速測定演算の補正係数ｋ１と、配管１０に乱流としての流体を流した状態における補正係数ｋ２との関係を適正度として出力する。超音波流体測定装置１Ａのユーザが出力された適正度を参照して曲げを調整する。これにより、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を、流体に応じて適正なものとできる。
【0087】
図１８に示すように、曲げ量を調整する際、まず、層流となる流量Ｑ１の流体を配管１０に流す(Ｓ１１)。流量Ｑ１で流体を流しつつ、測定部４１にて測定値(Δt’１、Ｖ’１またはＱ’１)を取得する(Ｓ１２)。制御部４は、層流時の補正係数ｋ１を算出する(Ｓ１３)。
【0088】
次に、遷移や乱流となる流量Ｑ２にて配管１０に流体を流す（Ｓ１４）。流量Ｑ２で流体を流しつつ、配管１０における曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態（ループＲを形成している場合は、ループＲの伸縮）を調整し（Ｓ１５）、測定部４１にて測定値(Δt’２、Ｖ’２またはＱ’２)を取得する(Ｓ１６)。乱流時の補正係数ｋ２を算出する(Ｓ１７)。
【0089】
曲げ状態出力部４２は、Ｓ１３で算出した層流時の補正係数ｋ１とＳ１７で算出した乱流時の補正係数ｋ２とを適正度として出力する（Ｓ１８）。出力された適正度は、例えば表示部６に表示される。
【0090】
超音波流体測定装置１Ａのユーザは、表示部６の表示を基に、補正係数ｋ１と補正係数ｋ２とがほぼ同じであるか否かを判定する（Ｓ１９）。曲げ状態が適切になると、層流時の補正係数ｋ１と乱流時の補正係数ｋ２とは近似するので、曲げ状態が適切であるか否かを判定することができる。ユーザは補正係数ｋ１、ｋ２がほぼ同じになったと判断すると、曲げ状態の判定、曲げの調整を終了する。一方、ユーザは補正係数ｋ１、ｋ２がほぼ同じになっていないと判断すると、Ｓ２に戻って曲げ状態を調整し、補正係数ｋ１、ｋ２がほぼ同じであることが確認されるまで調整を行う。
【0091】
（効果）
超音波流体測定装置１にて１つの補正係数を用いて測定値を算出にて求めた結果について、図２９～図３１を用いて説明する。第２超音波送受信器３の位置は、境界１０Ｂから内径Ｄの１６倍の位置とした。曲線配管部分１０Ｃはループ形状とした（実施例）。また、比較のために、曲線配管部分１０Ｃを設けない、つまり配管１０を直線形状に延ばした状態でも同様の測定を行った（比較例）。測定は、配管１０に流す流体の量を調整することで、層流から乱流までの流れを生じさせて実施例および比較例ともに１１条件の流量にて測定を行った。測定時の流量は、超音波流体測定装置１とは別の参照流量計で実測した。
超音波流体測定装置１にて１つの補正係数を用いて測定値を算出にて求めた結果について、図２９～図３１を用いて説明する。第２超音波送受信器３の位置は、境界１０Ｂから内径Ｄの１６倍の位置とした。曲線配管部分１０Ｃはループ形状とした（実施例）。また、比較のために、曲線配管部分１０Ｃを設けない、つまり配管１０を直線形状に延ばした状態でも同様の測定を行った（比較例）。測定は、配管１０に流す流体の量を調整することで、層流から乱流までの流れを生じさせて実施例および比較例ともに１１条件の流量にて測定を行った。測定時の流量は、超音波流体測定装置１とは別の参照流量計で実測した。
【0092】
図２９は、流れの状態がわかるレイノルズ数を横軸に、超音波流体測定装置１による測定値を縦軸にとったグラフである。レイノルズ数は、超音波流体測定装置１とは別の参照流量計を用いて実測した測定値を基に算出した。図２９において、中実のマル「●」がループＲ形状の曲線配管部分１０Ｃを有する場合（ループあり）であり、中空のマル「○」が、比較のための曲線配管部分１０Ｃを設けなかった場合（ループなし）である。
【0093】
図３０は、レイノルズ数を横軸に、超音波流体測定装置１による測定誤差を縦軸にとったグラフである。超音波流体測定装置１による測定値をＨ、参照流量計での実測値をＨ１とすると、測定値Ｈと実測値Ｈ１との差の絶対値÷測定値Ｈを、測定誤差とした。図３０においても、中実のマル「●」がループＲ形状の曲線配管部分１０Ｃを有する場合であり、中空のマル「○」が、比較のための曲線配管部分１０Ｃを設けなかった場合である。
【0094】
図２９に示すように、曲線配管部分１０Ｃを有する場合と曲線配管部分１０Ｃを有さない場合とでは、層流から乱流になるに従って測定値の差が大きくなる。図３０に示すように、測定値と実測値との間の誤差は、曲線配管部分１０Ｃを有さない場合、層流と乱流で大きくなるが、曲線配管部分１０Ｃを有する場合は、層流と乱流でも小さい。
【0095】
図３１は、レイノルズ数を横軸に、超音波流体測定装置１による測定値のばらつきを縦軸にとったグラフである。一定時間の超音波流体測定装置１での測定値の標準偏差の３倍の値÷超音波流体測定装置１の測定値を、測定値のばらつきとした。図３１においても、中実のマル「●」がループＲ形状の曲線配管部分１０Ｃを有する場合であり、中空のマル「○」が、比較のための曲線配管部分１０Ｃを設けなかった場合である。
【0096】
遷移領域では、同一流量であっても、層流と乱流が混ざって存在する、つまり、短い時間で層流から乱流へ、乱流から層流へと入れ替わるため測定値がばらつき易い。しかしながら、図３１に示すように、レイノルズ数が２６００程度の遷移の流量に固定してみると、測定値のばらつきは、曲線配管部分１０Ｃを設けることで小さくなり、精度を上げることができる。
【0097】
これらの結果より、超音波流体測定装置１では、１つの補正係数を用いて、層流および乱流を含む広い流量範囲にわたって精度よく流量計測が可能であることがわかる。
【0098】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0099】
（超音波流体測定装置１Ｂの構成）
本実施形態では、配管を備えていない、配管に外付け可能な超音波流体測定装置１Ｂについて説明する。なお、前述した配管１０を構成要素として備えていない点が異なるのみである。つまり、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を配管１０の直線配管部分１０Ｓに配置し、かつ、第２超音波送受信器３を曲線配管部分１０Ｃと直線配管部分１０Ｓとの境界１０Ｂから所定距離Ｌ以内に設置する等の条件は同じである。
本実施形態では、配管を備えていない、配管に外付け可能な超音波流体測定装置１Ｂについて説明する。なお、前述した配管１０を構成要素として備えていない点が異なるのみである。つまり、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を配管１０の直線配管部分１０Ｓに配置し、かつ、第２超音波送受信器３を曲線配管部分１０Ｃと直線配管部分１０Ｓとの境界１０Ｂから所定距離Ｌ以内に設置する等の条件は同じである。
【0100】
また、超音波流体測定装置１Ｂは、配管１０の曲げ調整、および曲げ判定等の手順も同じであり、ループ構造、ループ構造との干渉を回避するため干渉回避構造についても同じである。さらに、超音波流体測定装置１Ｂは、曲げ構造保持部１５、接続治具１６を備えていてもよい。つまり、超音波流体測定装置１Ｂは、曲線配管部分１０Ｃの曲げ状態を保持する曲げ構造保持部１５と、曲げ構造保持部１５と第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を含む筐体１１との接続／非接続を切り替える接続治具１６と、を備えていてもよい。
【0101】
図１９は、別の実施形態に係る超音波流体測定装置１Ｂのブロック図である。図１９に示すように、超音波流体測定装置１Ｂは、制御部４が、測定部４１、曲げ状態出力部４２に加えて、判定部４３、および内径取得部４４を含む。
【0102】
測定部４１は、前述したように、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３との間の超音波の伝播時間の差に基づいて流体の流速を測定する。
【0103】
判定部４３は、所定の形状の配管１０における所定の形状に基づき規定される所定の位置に、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が配置されているか否かを判定する。ここで、判定部４３は、ユーザによる入力に基づいて判定してもよいし、所定の形状の配管１０における所定の位置に第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が配置されたことを検知するセンサを設けておき、該センサからの入力に基づいて判定してもよい。上記所定の位置は、曲線配管部分１０Ｃと直線配管部分１０Ｓとの境界１０Ｂに基づき規定されてもよい。上記所定の位置は、所定の形状の配管１０により乱流において発生した偏流の影響を受ける位置である。
【0104】
本実施形態では、判定部４３は、（１）曲線配管モードであるか、（２）直線配管モードであるかを判定する。
【0105】
（１）曲線配管モードとは、直線配管部分１０Ｓと曲線配管部分１０Ｃとを有する配管１０における、直線配管部分１０Ｓに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が配置されると共に、直線配管部分１０Ｓと曲線配管部分１０Ｃとの境界１０Ｂから下流側の乱流において偏流の影響を受ける所定距離Ｌ以内に、第２超音波送受信器３が配置されているモードである。
【0106】
（２）直線配管モードは、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が、直線状の管路中心軸を有する直線配管部分に配置され、第１超音波送受信器２の上流側に、所定距離Ｌを超える直線配管部分１０Ｓを有しているモードである。
【0107】
測定部４１は、判定部４３によって受け付けられた情報に基づいて流速測定演算を補正する。つまり、超音波流体測定装置１Ｂの設置後、曲線配管部分１０Ｃを有する配管１０に設置した上記曲線配管モードか、あるいは、通常の直線形状の配管１０に設置した上記直線配管モードかを示す情報が入力される。該情報の入力は、上述したように、一例としてユーザ入力である。判定部４３がこの情報の入力を受け付け、測定部４１は、判定部４３によって受け付けられた情報に基づいて流速測定演算を補正する。
【0108】
このような構成では、当該超音波流体測定装置１Ｂが、曲線配管部分１０Ｃの下流側に設置されたことを判定部４３に判定させることで、前述した実施形態１の超音波流体測定装置１Ａと同様の効果を奏する。つまり、曲がった配管にて発生する偏流を利用することで、配管内に流速分布調整部材のような追加部材を配置せずとも層流と乱流の流速分布が近づき、一つの補正係数ｋを用いても、広い流量範囲で誤差を少なくすることが可能となる。
【0109】
内径取得部４４は、外付けされる配管１０の内径Ｄを取得する。ここでも、内径取得部４４は、ユーザによる入力に基づいて内径Ｄを取得してもよいし、配管に超音波流体測定装置１Ｂが設置された場合に、後述する配管に超音波流体測定装置１Ｂを設置する治具又はセンサを設けておき、治具あるいはセンサからの入力に基づいて取得してもよい。例えば、センサは、超音波流体測定装置１Ｂを配管１０に取り付ける治具の一部を検知片として、配管１０の内径Ｄを検知してもよい。
【0110】
内径取得部４４を備える構成では、測定部４１は、後述するように、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３との間の超音波伝播経路Ｗの幅と内径取得部４４にて取得された内径との比に基づいて、流速測定演算を補正する。
【0111】
これによれば、外付けされた配管１０の内径Ｄに適した設定値を用いて流速測定演算を補正することができる。その結果、１つの超音波流体測定装置１Ｂにおいて取り付け可能な配管１０の幅を広げることができる。
【0112】
なお、配管に外付された状態の超音波流体測定装置１Ｂの外観は、前述した実施形態１の超音波流体測定装置１Ａと同じである。但し、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３と配管１０との設置例は外付けであるので、図６の符号６０１の図に示した配置例となる。
【0113】
（取り付け時の設定）
図２０は、別の実施形態に係る超音波流体測定装置１Ｂを管路に曲線配管部分１０Ｃを有する配管１０に外付けにて設置した後に行うモード設定の手順を示すフローである。図２０に示すように、設定開始にあたり、制御部４（判定部４３）は、曲げ部分を有する曲げ配管１０に設置した情報を受け付ける（Ｓ２１）。制御部４（判定部４３）は、曲げ配管１０への設置であることが入力されると、曲線配管モードであると判定し、曲線配管モードへ切り替える（Ｓ２２）。これにて、設定が終了する。以降、制御部４（測定部４１）は、計測時、曲線配管モードの設定値を用いて流量値を算出する（Ｓ２３）。これによれば、超音波流体測定装置１Ｂを配管に取り付けた後、１つの入力だけで曲線配管モードに設定することができる。
図２０は、別の実施形態に係る超音波流体測定装置１Ｂを管路に曲線配管部分１０Ｃを有する配管１０に外付けにて設置した後に行うモード設定の手順を示すフローである。図２０に示すように、設定開始にあたり、制御部４（判定部４３）は、曲げ部分を有する曲げ配管１０に設置した情報を受け付ける（Ｓ２１）。制御部４（判定部４３）は、曲げ配管１０への設置であることが入力されると、曲線配管モードであると判定し、曲線配管モードへ切り替える（Ｓ２２）。これにて、設定が終了する。以降、制御部４（測定部４１）は、計測時、曲線配管モードの設定値を用いて流量値を算出する（Ｓ２３）。これによれば、超音波流体測定装置１Ｂを配管に取り付けた後、１つの入力だけで曲線配管モードに設定することができる。
【0114】
曲線配管モードでは、曲げ配管測定に適した設定値を利用する。設定値には、補正係数ｋなどが含まれる。具体的には、直線配管モードでは、測定部４１は、乱流の補正係数ｋ２で流量算出している。これに対して、曲線配管モードでは、測定部４１は、層流の補正係数ｋ１で流量算出する。超音波流体測定装置１Ｂにおける記憶部８には、層流の補正係数ｋ１、乱流の補正係数ｋ２が記憶されている。
【0115】
＜手法１＞
内径取得部４４を備える構成では、補正係数ｋ１，ｋ２と、超音波伝播経路Ｘの幅と配管１０の内径の比で決まる値を利用して、流速測定演算を補正する。つまり、超音波伝播経路Ｘの幅と配管１０の内径の比に基づいて、補正係数ｋ１，ｋ２を補正して流量を算出する。このように、外付けされる構成では、配管の内径にて流速測定演算を補正することで、一つの装置で内径の異なる複数の配管に対応可能となる。
内径取得部４４を備える構成では、補正係数ｋ１，ｋ２と、超音波伝播経路Ｘの幅と配管１０の内径の比で決まる値を利用して、流速測定演算を補正する。つまり、超音波伝播経路Ｘの幅と配管１０の内径の比に基づいて、補正係数ｋ１，ｋ２を補正して流量を算出する。このように、外付けされる構成では、配管の内径にて流速測定演算を補正することで、一つの装置で内径の異なる複数の配管に対応可能となる。
【0116】
図２１は、超音波伝播経路Ｘの幅および配管の内径を示す説明図である。図２１においてＷ１が配管の内径であり、Ｗ２が超音波伝播経路Ｘの幅である。図２１に示すように、超音波伝播経路の幅Ｗ２は配管の内径Ｗ１に対して小さい。
【0117】
超音波伝播経路Ｘの幅Ｗ２は、商品ごとに決まる。配管の内径Ｗ１は、対応配管が一つの場合は固定値である。配管径が異なる複数の配管１０に対応可能な場合は、配管１０の内径Ｗ１をユーザが操作部５を用いて入力、あるいは対応可能な内径Ｄのバリエーションからユーザが操作部５を用いて選択するようにしてもよい。また、センサ固定治具の種類で判別、治具についたセンサの距離で切り替えるなどでもよい。内径取得部４４が、配管の内径Ｗ１を取得する。
【0118】
図２２は、超音波伝播経路Ｘの幅Ｗ２と配管の内径Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１と、補正係数ｋとの関係を示すグラフである。図２２に示すように、Ｗ２／Ｗ１が「１」、つまり、Ｗ１＝Ｗ２の場合、補正係数ｋ１，ｋ２は「１」となるが、Ｗ２／Ｗ１が「１」よりも小さくなるに従って、補正係数ｋ１、ｋ２は、直線的に大きくなる。
【0119】
このような超音波伝播経路Ｘの幅Ｗ２と配管の内径Ｗ１との比Ｗ２／Ｗ１と、補正係数ｋとの関係を記憶部８に記憶しておき、取得した配管の内径Ｗ１を基に、記憶部８に記憶しているＷ２／Ｗ１と補正係数ｋとの関係から用いる補正係数ｋ１（曲線配管モード時），ｋ２（直線配管モード時）を補正して流速測定演算を行う（流速測定演算の補正）する。これにより、配管の内径Ｗ１に応じた流量測定（演算）を実施することが可能となり流速測定の精度を上げることができる。
【0120】
＜手法２＞
また、別の方法として、超音波流体測定装置１Ｂの出荷時に調整した結果を用いて算出してもよい。内径Ｄを固定し、調整時に配管を真っすぐにし、層流・乱流のそれぞれの流れで流速、或いは流量を測定し、補正係数ｋ１、ｋ２を算出する。
また、別の方法として、超音波流体測定装置１Ｂの出荷時に調整した結果を用いて算出してもよい。内径Ｄを固定し、調整時に配管を真っすぐにし、層流・乱流のそれぞれの流れで流速、或いは流量を測定し、補正係数ｋ１、ｋ２を算出する。
【0121】
図２３は、別の実施形態に係る超音波流体測定装置１Ｂの出荷時の調整手順を示すフローである。図２３に示すように、配管を真っすぐにし、まず、層流の流量Ｑ１にて流体を配管に流し(Ｓ３１)、流量Ｑ１にて流体を流しながら、測定部４１にて測定値(Δt’１、Ｖ’１またはＱ’１)を取得する(Ｓ３２)。制御部４は、Ｓ３２に取得した測定値(Δt’１、Ｖ’１またはＱ’１)を用いて、層流時の補正係数ｋ１を算出し、記憶部８に記憶させる(Ｓ３３)。
【0122】
次に、遷移や乱流の流量Ｑ２にて流体を配管に流し（Ｓ３４）、流量Ｑ２にて流体を流しながら、測定部４１にて測定値(Δt’２、Ｖ’２またはＱ’２)を取得する(Ｓ３５)。制御部４は、Ｓ３５に取得した乱流時の補正係数ｋ２を算出し、記憶部８に記憶させる(Ｓ３６)。これにて、調整が終了する。
【0123】
Ｓ３１、Ｓ３４における流量Ｑ１，Ｑ２の計算方法は、前述した式（１）を用いて決定する。実施例として、式（１）のＲｅに、層流時はＲｅ＜２３００の値、例えば、「Ｒｅ＝１５００」を代入し、乱流時はＲｅ≧２３００の値、例えば、「Ｒｅ＝２７００」を代入し、流量Ｑ１、Ｑ２を計算する。
【0124】
Ｓ３２、Ｓ３５における測定値の取得は、前述した式（２）、式（３）を用いる。
【0125】
式（２）、式（３）を用い、Ｓ３２では、Δt’１の実測からＶ’１、Ｑ’１のいずれかを求める。同様にして、Ｓ３５では、Δt’２の実測からＶ’２、Ｑ’２のいずれかを求める。なお、Δt’の値が、流量０で「０」にならない場合は、流量０でのオフセット値を削除しておくと良い。
【0126】
Ｓ３３、Ｓ３６おける補正係数ｋ１、ｋ２の算出は、以下の通りである。
【0127】
ｋ＝Δt’／Δt＝Ｖ’／Ｖ＝Ｑ’／Ｑ …（４）
ここで、「’付き」が測定値を示し、「’なし」が理想的な値を示す。Ｓ３３では、Ｑ１から理想的なＶ１，Δt１のいずれかを求めておき、先の測定値と式（４）からｋ１を求める。同様にして、Ｓ３６では、Ｑ２から理想的なＶ２，Δt２のいずれかを求めておき、先の測定値と式（４）からｋ２を求める。
ここで、「’付き」が測定値を示し、「’なし」が理想的な値を示す。Ｓ３３では、Ｑ１から理想的なＶ１，Δt１のいずれかを求めておき、先の測定値と式（４）からｋ１を求める。同様にして、Ｓ３６では、Ｑ２から理想的なＶ２，Δt２のいずれかを求めておき、先の測定値と式（４）からｋ２を求める。
【0128】
（外付け用治具）
図２４は、別の実施形態に係る超音波流体測定装置１Ｂを配管１０に外付けするための外付け用治具１８を示す図である。図２４の符号２４０１に示す図は、超音波流体測定装置１Ｂが配管１０に外付け用治具１８を用いて取り付けられている状態を示し、符号２４０２に示す図は、符号２４０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号２４０３に示す図は、符号２４０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
図２４は、別の実施形態に係る超音波流体測定装置１Ｂを配管１０に外付けするための外付け用治具１８を示す図である。図２４の符号２４０１に示す図は、超音波流体測定装置１Ｂが配管１０に外付け用治具１８を用いて取り付けられている状態を示し、符号２４０２に示す図は、符号２４０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号２４０３に示す図は、符号２４０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
【0129】
図２４に示すように、外付け用治具１８は、上外付け用治具１８Ｕと下外付け用治具１８Ｄと、複数のネジ１９とを備える。上外付け用治具１８Ｕは、第１超音波送受信器２を収容した上筐体１１Ｕを配管１０に取り付ける。下外付け用治具１８Ｄは、第２超音波送受信器３を収容した下筐体１１Ｄを配管１０に取り付ける。
【0130】
上外付け用治具１８Ｕと下外付け用治具１８Ｄとは、配管１０に対して配管１０を上下方向から挟み込むように嵌め合わされる。上外付け用治具１８Ｕと下外付け用治具１８Ｄとは、ネジ１９にて締結される。第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３は、上筐体１１Ｕおよび下筐体１１Ｄに形成された孔に挿入をされたネジ１９にて、配管１０の外面に押し付けられている。
【0131】
§３ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
【0132】
＜３．１＞
図２５～図２７を用いて、超音波伝播経路に配管１０の内面での反射を利用する反射型について説明する。図２５は、実施形態に係る反射型の超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）の外観を示す図であり、符号２５０１の図は、超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）を側面より見た図であり、筐体１１内部を透過して示している。符号２５０２の図は、超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）の正面図である。図２５に示すように、反射型の超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）の場合、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３とは、配管１０における同じ側に配置される。
図２５～図２７を用いて、超音波伝播経路に配管１０の内面での反射を利用する反射型について説明する。図２５は、実施形態に係る反射型の超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）の外観を示す図であり、符号２５０１の図は、超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）を側面より見た図であり、筐体１１内部を透過して示している。符号２５０２の図は、超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）の正面図である。図２５に示すように、反射型の超音波流体測定装置１Ａ（１Ｂ）の場合、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３とは、配管１０における同じ側に配置される。
【0133】
図２６は、反射型における第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３と、配管１０との設置例を示す図である。図６において、符号２６０１の図は、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、配管１０（直線配管部分１０Ｓ）の外面に配置した例である。この場合、超音波の伝わりをよくするために、音響整合層１３を介して設置してもよい。符号２６０２、２６０３の図は、配管１０（直線配管部分１０Ｓ）に孔を開けて、流体と第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３とが接するように配置した例である。配管１０（直線配管部分１０Ｓ）を一体に備える構成では、このように配置することもできる。符号２６０３の図のように、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３が孔から突き出るように設置してもよい。
【0134】
図２７は、反射型の超音波流体測定装置１Ｂを配管１０に外付けするための外付け用治具１８を示す図である。図２７の符号２７０１に示す図は、超音波流体測定装置１Ｂが配管１０に外付け用治具１８を用いて取り付けられている状態を示し、符号２７０２に示す図は、符号２７０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号２７０３に示す図は、符号２７０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
【0135】
図２７に示すように、外付け用治具１８は、上外付け用治具１８Ｕと下外付け用治具１８Ｄと、複数のネジ１９とを備える。上外付け用治具１８Ｕは、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を収容した筐体１１を配管１０に取り付ける。下外付け用治具１８Ｄは、配管１０の下面側を保持し、上外付け用治具１８Ｕと嵌め合わされる。
【0136】
上外付け用治具１８Ｕと下外付け用治具１８Ｄとは、配管１０に対して配管１０を上下方向から挟み込むように嵌め合わされる。上外付け用治具１８Ｕと下外付け用治具１８Ｄとは、ネジ１９にて締結される。第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３は、筐体１１に形成された孔に挿入をされたネジ１９にて、配管１０の外面に押し付けられている。
【0137】
＜３．２＞
図３２～図３６を用いて、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、曲線配管部分１０Ｃの近くに設置するための工夫について説明する。なお、以下に説明する構成は、配管１０を備える超音波流体測定装置１Ａ、および配管１０に外付けされる超音波流体測定装置１Ｂの両方に採用できる。したがって、図３２～図３６においては、超音波流体測定装置１とする。
図３２～図３６を用いて、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、曲線配管部分１０Ｃの近くに設置するための工夫について説明する。なお、以下に説明する構成は、配管１０を備える超音波流体測定装置１Ａ、および配管１０に外付けされる超音波流体測定装置１Ｂの両方に採用できる。したがって、図３２～図３６においては、超音波流体測定装置１とする。
【0138】
図３２は、曲線配管部分１０Ｃの近くに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を設置するための構成を有する透過型および反射型それぞれの超音波流体測定装置１の図である。図３２の符号３２０１に示す図は、図７の符号７０１と同じ面で切った、透過型の超音波流体測定装置１の断面図である。図３２の符号３２０２に示す図は、符号３２０１と同じ面で切った、反射型の超音波流体測定装置１の断面図である。
【0139】
図３２の符号３２０１、３２０２に示すように、第１超音波送受信器２を筐体１１の上流側の端部１１ａの近傍に位置させる。つまり、筐体１１の上流側の端部１１ａと第１超音波送受信器２の上流側の端とが一致している、又は近傍に位置している。これにより、曲線配管部分１０Ｃの近く超音波流体測定装置１を設置することができ、ひいては、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、曲線配管部分１０Ｃの近くに設置することができる。
【0140】
図３３は、曲線配管部分１０Ｃの近くに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を設置するための構成を有する別の透過型の超音波流体測定装置１の図である。図３３の符号３３０１に示す図は、曲線配管部分１０Ｃの曲がっている方向から透過型の超音波流体測定装置１を見た図である。符号３３０２に示す図は、符号３３０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号３３０３に示す図は、符号３３０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
【0141】
図３４は、曲線配管部分１０Ｃの近くに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を設置するための構成を有する別の反射型の超音波流体測定装置１の図である。図３４の符号３４０１に示す図は、曲線配管部分１０Ｃの曲がっている方向から反射型の超音波流体測定装置１を見た図である。符号３４０２に示す図は、符号３４０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号３４０３に示す図は、符号３４０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
【0142】
図３３および図３４に示すように、これらの構成では、第１超音波送受信器２と第２超音波送受信器３とを含む筐体１１の上流側に、曲がっている状態の配管の一部である曲線配管部分１０Ｃを入り込ませて配管１０と筐体１１との干渉を回避する回避溝１１ｂが形成されている。このような構成とすることでも、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、境界１０Ｂ（つまり曲線配管部分１０Ｃ）に近づけて設置できる。回避溝１１ｂは、曲がっている状態の配管の一部である曲線配管部分１０Ｃを入り込ませるための切欠き部または開口部とも表現できる。
【0143】
図３５は、曲線配管部分１０Ｃの近くに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を設置するための構成を有するさらに別の透過型の超音波流体測定装置１の図である。図３５の符号３５０１に示す図は、曲線配管部分１０Ｃの曲がっている方向から透過型の超音波流体測定装置１を見た図である。符号３５０２に示す図は、符号３５０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号３５０３に示す図は、符号３５０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
【0144】
図３６は、曲線配管部分１０Ｃの近くに第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を設置するための構成を有するさらに別の反射型の超音波流体測定装置１の図である。図３６の符号３６０１に示す図は、曲線配管部分１０Ｃの曲がっている方向から反射型の超音波流体測定装置１を見た図である。符号３６０２に示す図は、符号３６０１に示す図のＡ－Ａ’断面図、符号３６０３に示す図は、符号３６０１に示す図のＢ－Ｂ’断面図である。
【0145】
【0146】
これらの構成では、第１超音波送受信器２および第２超音波送受信器３を、境界１０Ｂ（つまり曲線配管部分１０Ｃ）に近づけて設置できるため、設置距離の調整範囲が広く様々な液体に対応できる。また、境界１０Ｂ（つまり曲線配管部分１０Ｃ）に近づけて設置することで、曲線配管部分１０Ｃの曲げ量が少なくとも効果が得られる。
【0147】
また、特に、曲線配管部分１０Ｃの曲げ方向の外側に第１超音波送受信器２が位置している図３５、図３６に示す構成では、曲げ方向の外側に位置する筐体１１を大きくできる。そのため、第１超音波送受信器２の筐体１１への実装が行い易く、図３３、図３４に示す構成よりも、第１超音波送受信器２を筐体で保護する効果が高い。
【0148】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0149】
１、１Ａ 超音波流体測定装置
２ 第１超音波送受信器
３ 第２超音波送受信器
４ 制御部
５ 操作部
６ 表示部
７ 通信部
８ 記憶部
１０ 配管
１０Ｂ 境界（曲がり開始点）
１０Ｃ 曲線配管部分
１０Ｓ 直線配管部分
１１ 筐体
１１Ｄ 下筐体
１１Ｕ 上筐体
１３ 音響整合層
１５ 曲げ構造保持部
１６ 接続治具
１７ 曲げ調整部材
４１ 測定部
４２ 曲げ状態出力部
２ 第１超音波送受信器
３ 第２超音波送受信器
４ 制御部
５ 操作部
６ 表示部
７ 通信部
８ 記憶部
１０ 配管
１０Ｂ 境界（曲がり開始点）
１０Ｃ 曲線配管部分
１０Ｓ 直線配管部分
１１ 筐体
１１Ｄ 下筐体
１１Ｕ 上筐体
１３ 音響整合層
１５ 曲げ構造保持部
１６ 接続治具
１７ 曲げ調整部材
４１ 測定部
４２ 曲げ状態出力部
【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】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】