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(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】
(24)【登録日】2024-05-08
(45)【発行日】2024-05-16
(54)【発明の名称】超音波流量計
(51)【国際特許分類】
G01F 1/66 20220101AFI20240509BHJP
G01F 1/667 20220101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
G01F1/66 B
G01F1/66 101
G01F1/667
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019072556
(22)【出願日】2019-04-05
(65)【公開番号】P2020169940
(43)【公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-11-02
【審判番号】
【審判請求日】2023-04-10
(73)【特許権者】
【識別番号】500524419
【氏名又は名称】株式会社アイシーティー
(74)【代理人】
【識別番号】100080746
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 武嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100217881
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 由美
(72)【発明者】
【氏名】白石 勝
【合議体】
【審判長】岡田 吉美
【審判官】櫃本 研太郎
【審判官】濱野 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－７７０６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭４８－７４８６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－３２２７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G01F 1/00-9/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
配管（Ｐ）内を流れる流体が通過する測定路（13）と、該測定路（13）を通過する流体の流れに乗った第１超音波（Ｗ１）を発信する上流位置の第１超音波センサ（11）と、上記測定路（13）を通過する流体の流れに逆らった第２超音波（Ｗ２）を発信する下流位置の第２超音波センサ（12）と、上記第１超音波（Ｗ１）を反射して上記第２超音波センサ（12）へ送ると共に上記第２超音波（Ｗ２）を反射して上記第１超音波センサ（11）へ送るための反射面（14）と、を有する測定ユニット（１）を、直列状に３個以上の奇数個連結して棒状挿入体（８）を構成し、上記棒状挿入体（８）は、上記配管（Ｐ）に固着された既設の分水栓（Ｊ）を介して、上記配管（Ｐ）のラジアル方向に沿って上記配管（Ｐ）内に差込まれる超音波流量計であって、
上記配管（Ｐ）の内周面において上記分水栓（Ｊ）の１８０度反対側部位の管内底面（Ｐｅ）に当接する当り部材（88）を、上記棒状挿入体（８）の挿入先端部に備えており、該当り部材（88）が上記管内底面（Ｐｅ）に当接するとともに測定ユニット（１）が配管軸心と平行な方向に開口するように配設された流量計設置完了状態に於て、上記各測定ユニット（１）の測定基準位置が、上記配管（Ｐ）の管路直径寸法を均等分する位置に配設されるように構成したことを特徴とする超音波流量計。
【請求項2】
上記棒状挿入体（８）は、３個以上の奇数個の上記測定ユニット（１）の測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段（80）を備えている請求項１記載の超音波流量計。
【請求項3】
上記棒状挿入体（８）は、上記測定ユニット（１）を、３個備えている請求項１又は２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、超音波流量計に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、管路内の流量を算出する超音波流量計は、流体の流れ方向に対して斜めに対面状に配設される一対の超音波センサ（トランスデューサ）を備え、上流側の第１超音波センサから発信された第１超音波が、流体の流れに乗って、下流側の第２超音波センサに受信されるまでの第１伝播（伝搬）時間を計測し、かつ、下流側の第２超音波センサから発信された第２超音波が、流体の流れに逆らって、上流側の第１超音波センサに受信されるまでの第２伝播（伝搬）時間を計測し、第１伝播時間と第２伝播時間の差分から流速を求め、該求めた流速に基づいて流量を算出するトランジットタイム計測式の超音波流量計が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭５９－９５１８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、従来の超音波流量計は、流量計設置作業のために断水や、配管の切断、配管の付け換え等が必要で、手間と時間がかかるといった問題があった。
さらに、従来の超音波流量計は、配管内を横断するような伝播路に基づく平均流速を求めることになる。しかし、現実には、配管内の流速は、管内横断面において一定ではなく、例えば、管内中心位置と、管内中心位置よりも内周面寄りの位置と、で流速が異なる。さらに、レイノルズ数により層流と乱流に分類され、流速分布が大きく変化している場合がある。また、計測は、十分な長さをもった配管直線部で行うのが望ましいが、計測する直線部の近傍に、エルボ部や分岐部等がある場合や、直線部の長さが短いといった場合や、弁部材や他の測定器が配設されているといった様々な配管条件も流速分布を複雑にしている。そのため、従来のように配管内を横断するような伝播路に基づく平均流速では、高精度に流量を算出できないといった問題があった。
さらに、従来の超音波流量計は、配管内を横断するような伝播路に基づく平均流速を求めることになる。しかし、現実には、配管内の流速は、管内横断面において一定ではなく、例えば、管内中心位置と、管内中心位置よりも内周面寄りの位置と、で流速が異なる。さらに、レイノルズ数により層流と乱流に分類され、流速分布が大きく変化している場合がある。また、計測は、十分な長さをもった配管直線部で行うのが望ましいが、計測する直線部の近傍に、エルボ部や分岐部等がある場合や、直線部の長さが短いといった場合や、弁部材や他の測定器が配設されているといった様々な配管条件も流速分布を複雑にしている。そのため、従来のように配管内を横断するような伝播路に基づく平均流速では、高精度に流量を算出できないといった問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、流量計設置作業を容易に行え、しかも、流量を高精度に算出可能な超音波流量計の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の超音波流量計は、配管内を流れる流体が通過する測定路と、該測定路を通過する流体の流れに乗った第１超音波を発信する上流位置の第１超音波センサと、上記測定路を通過する流体の流れに逆らった第２超音波を発信する下流位置の第２超音波センサと、上記第１超音波を反射して上記第２超音波センサへ送ると共に上記第２超音波を反射して上記第１超音波センサへ送るための反射面と、を有する測定ユニットを、直列状に３個以上の奇数個連結して棒状挿入体を構成し、上記棒状挿入体は、上記配管に固着された既設の分水栓を介して、上記配管のラジアル方向に沿って上記配管内に差込まれる超音波流量計であって、上記配管の内周面において上記分水栓の１８０度反対側部位の管内底面に当接する当り部材を、上記棒状挿入体の挿入先端部に備えており、該当り部材が上記管内底面に当接するとともに測定ユニットが配管軸心と平行な方向に開口するように配設された流量計設置完了状態に於て、上記各測定ユニットの測定基準位置が、上記配管の管路直径寸法を均等分する位置に配設されるように構成したものである。
また、上記棒状挿入体は、３個以上の奇数個の上記測定ユニットの測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段を備えているものである。
また、上記棒状挿入体は、上記測定ユニットを、３個備えているものである。
また、上記棒状挿入体は、３個以上の奇数個の上記測定ユニットの測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段を備えているものである。
また、上記棒状挿入体は、上記測定ユニットを、３個備えているものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、分水栓を利用して設置作業を行うことができ、流量計設置作業を容易かつスムーズに行うことができる。配管内（管路）の横断面において複数か所の流速を計測でき、層流と乱流を正確に判定できる。複雑な流速分布であっても高精度に流量を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施の一形態を示し、使用状態の正面図である。
【図2】測定ユニットの全体図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ－Ｙ断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＺ－Ｚ断面図である。
【図3】取付具と分水栓の一例を示す正面図である。
【図4】流量計設置準備状態を示す正面図である。
【図5】取付具の断面正面図である。
【図6】棒状挿入体の要部断面側面図である。
【図7】棒状挿入体の要部断面正面図である。
【図8】棒状挿入体の要部分解断面図である。
【図9】流速分布と数式を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係る超音波流量計は、超音波の伝播（伝搬）時間を計測し、さらに計測した流速に基づいて流量を算出（演算）するトランジットタイム計測式（伝播時間差式）であって、図１に示すように、円管型の配管Ｐに固着されたボール弁から成る分水栓Ｊに取着する取付具９と、取付具９及び分水栓Ｊを介して配管Ｐのラジアル方向に沿って配管Ｐ内に差込まれる棒状挿入体８と、棒状挿入体８の基端（上端）に固着されたハンドル部材７及び制御ボックス６と、図示省略の制御基板やコンピュータ装置等の情報処理手段と、を備えている。
本発明に係る超音波流量計は、超音波の伝播（伝搬）時間を計測し、さらに計測した流速に基づいて流量を算出（演算）するトランジットタイム計測式（伝播時間差式）であって、図１に示すように、円管型の配管Ｐに固着されたボール弁から成る分水栓Ｊに取着する取付具９と、取付具９及び分水栓Ｊを介して配管Ｐのラジアル方向に沿って配管Ｐ内に差込まれる棒状挿入体８と、棒状挿入体８の基端（上端）に固着されたハンドル部材７及び制御ボックス６と、図示省略の制御基板やコンピュータ装置等の情報処理手段と、を備えている。
【0010】
棒状挿入体８は、配管Ｐ内（管路）に差込まれる部位に、配管Ｐ内を流れる上水道や工業用水等の流体（水）の流速を計測するための測定ユニット１を、複数個、備えている。
【0011】
図２に示すように、測定ユニット１は、円柱型（横断面円形状）のユニット本体10と、一対の超音波センサ（超音波トランスデューサ）11，12と、を備えている。
【0012】
ユニット本体10は、配管Ｐ内を流れる流体の一部が通過する矩形孔状の測定路13と、超音波を反射可能な反射面14と、が形成されている。反射面14は、測定路13の下面を形成する（下面の一部から成る）。また、ユニット本体10は、上端面から測定路側壁部（外周壁部）17を介して下端面まで貫通する複数のボルト挿通孔16と複数の配線用貫孔15とが貫設されている。
【0013】
ボルト挿通孔16は、下位置に配設される他のユニット本体10と連結するための後述のボルト部材が挿通する。
配線用貫孔15は、下位置に配設される他のユニット本体10の一対の超音波センサ11，12に接続されたセンサ用電気配線が挿通する。
配線用貫孔15は、下位置に配設される他のユニット本体10の一対の超音波センサ11，12に接続されたセンサ用電気配線が挿通する。
【0014】
一対の超音波センサ11，12は、上流側に配設され超音波を送受信可能な第１超音波センサ11（以下、第１センサ11と呼ぶ場合もある）と、下流側に配設され超音波を送受信可能な第２超音波センサ12（以下、第２センサ12と呼ぶ場合もある）と、から成る。
第１センサ11は、測定路13を通過する流体の流れに乗った第１超音波Ｗ１を反射面14に向けて送信する。第２センサ12は、測定路13を通過する流体の流れに逆らった第２超音波Ｗ２を反射面14に向けて送信する。
第１センサ11は、測定路13を通過する流体の流れに乗った第１超音波Ｗ１を反射面14に向けて送信する。第２センサ12は、測定路13を通過する流体の流れに逆らった第２超音波Ｗ２を反射面14に向けて送信する。
【0015】
反射面14は、第１超音波Ｗ１を反射して第２センサ12へ送るため、かつ、第２超音波Ｗ２を反射して第１センサ11へ送るためのものである。
なお、第１センサ11と第２センサ12の送信のタイミングは同時や交互等自由である。つまり、反射面14は、第１超音波Ｗ１と第２超音波Ｗ２を交互に反射する場合や同時に反射する場合がある。
なお、第１センサ11と第２センサ12の送信のタイミングは同時や交互等自由である。つまり、反射面14は、第１超音波Ｗ１と第２超音波Ｗ２を交互に反射する場合や同時に反射する場合がある。
【0016】
第１センサ11は、反射面14が反射した第２超音波Ｗ２（第２反射波）を受信するように傾斜状に反射面14の上方位置に配設され、第２センサ12は、反射面14が反射した第１超音波Ｗ１（第１反射波）を受信するように傾斜状に反射面14の上方位置に配設されている。
測定ユニット１は第１・第２センサ11，12が直接流体に接触する接液形（型）である。
測定ユニット１は第１・第２センサ11，12が直接流体に接触する接液形（型）である。
【0017】
そして、第１センサ11及び第２センサ12からの情報（測定データ）を受信した情報処理手段にて、第１超音波Ｗ１の伝播時間と、第２超音波Ｗ２の伝播時間との差分に基づいて、測定路13を流れる流体の流速を算出(演算)する。流速の算出は、例えば、伝播時間逆数差法で行う。
情報処理手段は、制御ボックス６内の制御基板と、制御基板と有線又は無線にて情報を受信可能なパーソナルコンピュータ装置やサーバーコンピュータ装置等の管理情報処理装置と、の組み合わせ、或いは、何れか一方である。
情報処理手段は、制御ボックス６内の制御基板と、制御基板と有線又は無線にて情報を受信可能なパーソナルコンピュータ装置やサーバーコンピュータ装置等の管理情報処理装置と、の組み合わせ、或いは、何れか一方である。
【0018】
図１に示すように、棒状挿入体８は、測定ユニット１を３個（３つ）備えている。
３個の測定ユニット１は、棒状挿入体８の一部を構成し、各測定路13の開口方向を、配管軸心方向（前後方向）に一致させ、配管Ｐのラジアル方向に直列状に連結している。
３個の測定ユニット１は、棒状挿入体８の一部を構成し、各測定路13の開口方向を、配管軸心方向（前後方向）に一致させ、配管Ｐのラジアル方向に直列状に連結している。
【0019】
棒状挿入体８は、分水栓Ｊに取着された取付具９と、配管Ｐに固着された分水栓Ｊと、配管Ｐの外周壁を配管Ｐのラジアル方向に貫通する貫孔Ｐｇと、を介して、配管Ｐのラジアル方向に沿って、配管Ｐ内（管路）に差込まれる。
【0020】
棒状挿入体８は、挿入先端部（下端部）に、配管Ｐの内周面において分水栓Ｊの１８０度反対側部位の管内底面Ｐｅに当接する当り部材88を備えている。
【0021】
ここで、棒状挿入体８の当り部材88が管内底面Ｐｅに当接し、配管軸心方向に沿って開口するように測定ユニット１が配設された状態を流量計設置完了状態と呼ぶ。
また、３個の測定ユニット１の内、上下中間位置の測定ユニット１を中ユニット１ｏ、上位置の測定ユニット１を上ユニット１ｕ、下位置の測定ユニット１を下ユニット１ｄ、と呼ぶ。
また、３個の測定ユニット１の内、上下中間位置の測定ユニット１を中ユニット１ｏ、上位置の測定ユニット１を上ユニット１ｕ、下位置の測定ユニット１を下ユニット１ｄ、と呼ぶ。
【0022】
配管Ｐの横断面において、中ユニット１ｏの測定基準位置（測定路13の中心位置）Ｔｏは、配管Ｐの中心点（管路中心点）Ｐｏと一致するように配設している。上ユニット１ｕの測定基準位置Ｔｕは、管路中心点Ｐｏから管路直径寸法Ｄｐの４分の１（管路半径寸法Ｒｐの２分の１）だけ上方位置に配設している。下ユニット１ｄの測定基準位置Ｔｄは、管路中心点Ｐｏから管路直径寸法Ｄｐの４分の１だけ下方位置に配設している。言い換えると、３つの測定基準位置Ｔｕ，Ｔｏ，Ｔｄは、管路直径寸法Ｄｐを４等分する三点位置に配設している。なお、３つの測定基準位置Ｔｕ，Ｔｏ，Ｔｄは、管路軸心方向（管路長手方向）同位置に配設している。
【0023】
つまり、図９に示すように、管路中心点Ｐｏの流速、即ち、中心流速Ｖｏが、中ユニット１ｏの測定に基づいて、分かる。
また、管路中心点Ｐｏから管路半径寸法Ｒｐの２分の１だけ上方位置の流速Ｖｕ（以下、上位置流速Ｖｕと呼ぶ場合もある）が、上ユニット１ｕの測定に基づいて、分かる。
また、管路中心点Ｐｏから管路半径寸法Ｒｐの２分の１だけ下位置の流速Ｖｄ（以下、下位置流速Ｖｄと呼ぶ場合もある）が、下ユニット１ｄの測定に基づいて、分かる。
なお、中心流速Ｖｏは、他点に比べて最も大きい（速い）最大流速Ｖｍａｘである。
また、管路中心点Ｐｏから管路半径寸法Ｒｐの２分の１だけ上方位置の流速Ｖｕ（以下、上位置流速Ｖｕと呼ぶ場合もある）が、上ユニット１ｕの測定に基づいて、分かる。
また、管路中心点Ｐｏから管路半径寸法Ｒｐの２分の１だけ下位置の流速Ｖｄ（以下、下位置流速Ｖｄと呼ぶ場合もある）が、下ユニット１ｄの測定に基づいて、分かる。
なお、中心流速Ｖｏは、他点に比べて最も大きい（速い）最大流速Ｖｍａｘである。
【0024】
そして、情報処理手段は、中心流速Ｖｏと上位置流速Ｖｕの比率（Ｖｕ／Ｖｏ）又は、中心流速Ｖｏと下位置流速Ｖｄの比率（Ｖｄ／Ｖｏ）が、所定値以下であれば、層流と判定する。
【0025】
情報処理手段は、層流と判定した場合に、放物線型流量分布で平均流速Ｖｍを求める。即ち、層流において平均流速Ｖｍの関係式として知られている下記数式１に、Ｖｍａｘ＝Ｖｏを代入して、平均流速Ｖｍを求める。
【数1】
【0026】
そして、求める瞬時流量Ｑは、下記数式２により求める。なお、Ｓは、管路断面積であり、測定前に（予め）情報処理手段に入力して記憶させた既知の値である。
【数2】
【0027】
次に、情報処理手段が層流と判定しなかった場合について説明する。
先ず、下記数式３が成り立つことが知られている。下記数式３において、Ｖｘは、管路中心点ＰｏからＲｘ離れている点の流速である（図９参照）。Ｖｍａｘは中心流速である。Ｒｘは中心点Ｐｏからの距離であり、Ｒは管路半径である。ｎは、レイノルズ数と関連する数値（関数）であり、以下、関数値ｎと呼ぶ場合がある。
先ず、下記数式３が成り立つことが知られている。下記数式３において、Ｖｘは、管路中心点ＰｏからＲｘ離れている点の流速である（図９参照）。Ｖｍａｘは中心流速である。Ｒｘは中心点Ｐｏからの距離であり、Ｒは管路半径である。ｎは、レイノルズ数と関連する数値（関数）であり、以下、関数値ｎと呼ぶ場合がある。
【数3】
【0028】
そして、上記数式３に、求めた値、つまり、Ｖｍａｘ＝Ｖｏ、Ｖｘ＝Ｖｕ、を代入すると共に、予め情報処理手段に入力して記憶させた既知の値であるＲｘ＝Ｒｐ／２、Ｒ＝Ｒｐを代入して、下記数式４を得る。
【数4】
【0029】
ここで、上記数式４にＶｕ／Ｖｏ＝Ｋｕとして、関数値ｎについて解いた結果を、第１関数値Ｎ１とおく（下記数式５参照）。なお、ｌｎは自然対数であり、Ｋｕ＜１より、ｎ＞０である。
【数5】
【0030】
同様に、上記数式３に、Ｖｍａｘ＝Ｖｏ、Ｖｘ＝Ｖｄ、Ｒｘ＝Ｒｐ／２、Ｒ＝Ｒｐを代入し、さらに、Ｖｄ／Ｖｏ＝Ｋｄとして、関数値ｎについて解いた結果を、第２関数値Ｎ２とおく（下記数式６参照）。なお、ｌｎは自然対数であり、Ｋｄ＜１より、ｎ＞０である。
【数6】
【0031】
つまり、情報処理手段は、中ユニット１ｏと上ユニット１ｕの計測に基づいた第１関数値ｎ１と、中ユニット１ｏと下ユニット１ｄの計測に基づいた第２関数値ｎ２と、を求める。そして、求めた第１関数値Ｎ１と第２関数値Ｎ２の平均、つまり、（Ｎ１＋Ｎ２）／２の値が、６以上の場合は乱流と判定し、６未満の場合は、レイノルズ数が４０００以下で、層流と乱流の混在状態（混在領域）と判定する。
【0032】
乱流と判定した場合は、下記数式７を用いる。求めるべき平均流速Ｖｍは、中心流速Ｖｍａｘと関数値ｎとで下記数式７のように表すことができる（下記数式７が成り立つことが知られている）。
【数7】
【0033】
情報処理手段は、上記数式７に、Ｖｍａｘ＝Ｖｏと、ｎ＝（Ｎ１＋Ｎ２）／２と、を代入することで、平均流速Ｖｍを求める。そして求めた平均流速Ｖｍを、上述の数式２に代入して瞬時流量Ｑを求める。
【0034】
このように、情報処理手段は、２つの関数値Ｎ１，Ｎ２に基づいて平均流速Ｖｍを算出するため、単に１つの関数値ｎから平均流速Ｖｍを求める場合に比べて、精度良く平均流速Ｖｍを求めることができる。これは、１点測定では得られないことである。
【0035】
ここで、情報処理手段は、第１関数値ｎ１と第２関数値ｎ２の平均値、つまり、（Ｎ１＋Ｎ２）／２の値が、６未満であり、配管Ｐ内は、層流と乱流の混在状態（混在領域）であると判定した場合は、ｎ値とレイノルズ数Ｒｅの関数（下記数式８参照）に、ｎ＝（Ｎ１＋Ｎ２）／２の値を代入して、管路内レイノルズ数を求める。
【数8】
【0036】
ここで、求めた管路内レイノルズ数が、４０００に近づくほど、混在域において乱流が支配的となり、２０００に近づくほど、混在域において層流が支配的である。
そこで、情報処理手段は、層流と乱流の比率（割合）を算出して、この比率に基づいて、上述の数式１を用いた層流による流量演算値（結果）と、上述の数式７を用いた乱流による流量演算値（結果）との加重平均演算を行う。このような演算により、混在域においても精度の高い流量計測結果を得ることができる。
そこで、情報処理手段は、層流と乱流の比率（割合）を算出して、この比率に基づいて、上述の数式１を用いた層流による流量演算値（結果）と、上述の数式７を用いた乱流による流量演算値（結果）との加重平均演算を行う。このような演算により、混在域においても精度の高い流量計測結果を得ることができる。
【0037】
次に、棒状挿入体８を、流量計設置完了状態にするための構成について説明する。
図３に示すように、配管Ｐの外周壁をラジアル方向に貫通する貫孔Ｐｇに連通可能に、分水栓Ｊが配管Ｐに固着している。そして、分水栓Ｊは、配管Ｐのラジアル外方へ開口する栓開口部Ｊａを有している。
そして、栓開口部Ｊａの外周壁部に形成されている雄ネジ部Ｊｂに、円筒状の取付具９の下端部に設けた雌ネジ部91を螺合させる。
図３に示すように、配管Ｐの外周壁をラジアル方向に貫通する貫孔Ｐｇに連通可能に、分水栓Ｊが配管Ｐに固着している。そして、分水栓Ｊは、配管Ｐのラジアル外方へ開口する栓開口部Ｊａを有している。
そして、栓開口部Ｊａの外周壁部に形成されている雄ネジ部Ｊｂに、円筒状の取付具９の下端部に設けた雌ネジ部91を螺合させる。
【0038】
【0039】
ここで、図５に示すように、取付具９は、雌ネジ部91より奥部（上方位置）に、栓開口部Ｊａの端面に当接して密封（水密）するための平板状のパッキン等の栓連結用シール部材92を備えている。
また、取付具９は、栓連結用シール部材92よりも取付具上端側に、棒状挿入体８と円筒状の取付具本体90との間を密封するための棒挿入用シール部材93を備えている。
また、取付具９は、栓連結用シール部材92よりも取付具上端側に、棒状挿入体８と円筒状の取付具本体90との間を密封するための棒挿入用シール部材93を備えている。
【0040】
そして、棒状挿入体８の先端棒状部（後述の連結パイプ87）が、棒挿入用シール部材93に密着（接触）し、かつ、当り部材88が球状の切換弁体Ｊｃの手前位置となった所定挿入準備位置で（棒状挿入体８に設けた目印を視認して所定挿入準備位置であることを確認して）、弁操作部Ｊｄを所定操作して、内部の切換弁体Ｊｃを作動させ、配管Ｐのラジアル方向に沿って、貫孔Ｐｇと直線状に連通するラジアル方向流路Ｊｅを形成し、配管Ｐ内と取付具９内を連通させる。その後、棒状挿入体８をラジアル方向流路Ｊｅと貫孔Ｐｇを介して、配管Ｐ内へ挿入する。
【0041】
即ち、配管Ｐ内に流体が流れている状態であっても流体を取付具９から漏らさずに、棒状挿入体８を配管Ｐ内に挿入することができ、断水作業が不要である。
そして、図１に示すように、棒状挿入体８の当り部材88を管内底面Ｐｅに当接させて、流量計設置完了状態とする。
そして、図１に示すように、棒状挿入体８の当り部材88を管内底面Ｐｅに当接させて、流量計設置完了状態とする。
【0042】
次に、棒状挿入体８の構造について説明する。
図１に示すように、棒状挿入体８は、上端部81ａにハンドル部材７と制御ボックス６が取着されるパイプ状のロッド部材81を備えている。
図１に示すように、棒状挿入体８は、上端部81ａにハンドル部材７と制御ボックス６が取着されるパイプ状のロッド部材81を備えている。
【0043】
さらに、図６と図７に示すように、棒状挿入体８は、ロッド部材81の下端部81ｂに内嵌状に連結すると共に上ユニット１ｕの上端部に内嵌状に連結する連結部材82と、上ユニット１ｕの下端部に外嵌状に連結する第１の接続パイプ83と、第１の接続パイプ83の下端部に内嵌状に連結すると共に中ユニット１ｏの上端部に内嵌状に連結する第１の接続部材84と、中ユニット１ｏの下端部に外嵌状に連結する第２の接続パイプ85と、第２の接続パイプ85の下端部に内嵌状に連結すると共に下ユニット１ｄの上端に内嵌状に連結する第２の接続部材86と、下ユニット１ｄの下端部に外嵌状に連結する連結パイプ87と、連結パイプ87の下端部に内嵌状に連結する当り部材88と、を備えている。
【0044】
さらに、図７に示すように、棒状挿入体８は、２本の連結ボルト部材70と、２本の第１のボルトナット支柱部材71と、２本の第２のボルトナット支柱部材72と、２本の連結ボルトナット支柱部材73と、を備えている。各ボルトナット支柱部材71，72，73は、上端部にナット部を有し、下端部にボルト部を有する棒形状である。
【0045】
連結ボルト部材70は、頭部が、連結部材82の内部で当接し、中間部が、連結部材82のボルト挿通孔と、上ユニット１ｕのユニット本体10（以下、上ユニット本体10ｕと呼ぶ場合がある）のボルト挿通孔16と、を挿通し、ボルト部が、上ユニット本体10ｕから下方へ突出して、第１の接続パイプ83内で、第１のボルトナット支柱部材71のナット部に螺合する。
【0046】
第１ボルトナット支柱部材71は、ナット部を有する頭部が、第１の接続パイプ83内で第１の接続部材84に当接し、中間部が、第１の接続部材84のボルト挿通孔と、中ユニット１ｏのユニット本体10（以下、中ユニット本体10ｏと呼ぶ場合がある）のボルト挿通孔16と、を挿通し、ボルト部が、中ユニット本体10ｏから下方へ突出して、第２の接続パイプ85内で、第２のボルトナット支柱部材72のナット部に螺合する。
【0047】
第２のボルトナット支柱部材72は、ナット部を有する頭部が、第２の接続パイプ85内で第２の接続部材86に当接し、中間部が、第２の接続部材86と下ユニット１ｄのユニット本体10（以下、下ユニット本体10ｄと呼ぶ場合がある）のボルト挿通孔16を挿通し、ボルト部が、下ユニット本体10ｄから下方へ突出して、連結パイプ87内で、連結ボルトナット支柱部材73のナット部に螺合する。
【0048】
連結ボルトナット支柱部材73のボルト部は、連結パイプ87内で当り部材88のネジ孔88ｅに螺合する。
各ボルト部材70，71，72，73の締付力によって、連結部材82と、各ユニット本体10と、各パイプ83，85，87と、各接続部材84，86と、当り部材88とを、直列状に着脱自在に取着（連結）している。
各ボルト部材70，71，72，73の締付力によって、連結部材82と、各ユニット本体10と、各パイプ83，85，87と、各接続部材84，86と、当り部材88とを、直列状に着脱自在に取着（連結）している。
【0049】
さらに、棒状挿入体８は、複数個の測定ユニット１の測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段80を備えている。
連結調整手段80は、長さ寸法が異なる複数種類のロッド部材81と、長さ寸法が異なる複数種類の各パイプ83，85，87と、長さ寸法が異なる複数種類の各ボルトナット支柱部材71，72，73と、から成る。
上記複数種類の内から、測定すべき配管Ｐの管路直径寸法Ｄｐに応じて、所定長さ寸法のものを選択し、部品交換することで、複数個の測定ユニット１の測定基準間隔寸法（測定基準位置Ｔｕ，Ｔｏ，Ｔｄ同士の間隔寸法）を、測定すべき配管Ｐの管路直径寸法Ｄｐに合わせて変更可能である。
連結調整手段80は、長さ寸法が異なる複数種類のロッド部材81と、長さ寸法が異なる複数種類の各パイプ83，85，87と、長さ寸法が異なる複数種類の各ボルトナット支柱部材71，72，73と、から成る。
上記複数種類の内から、測定すべき配管Ｐの管路直径寸法Ｄｐに応じて、所定長さ寸法のものを選択し、部品交換することで、複数個の測定ユニット１の測定基準間隔寸法（測定基準位置Ｔｕ，Ｔｏ，Ｔｄ同士の間隔寸法）を、測定すべき配管Ｐの管路直径寸法Ｄｐに合わせて変更可能である。
【0050】
この連結調整手段80によって、管路直径寸法Ｄｐが異なる様々な大きさの配管Ｐに対応するように、３つの測定ユニット１の測定基準間隔寸法（管路中心点Ｐｏからの距離）を、管路直径寸法Ｄｐを４等分する寸法に調整できる（３つの測定ユニット１を、管路直径寸法Ｄｐを４等分する３点位置に配設できる）。言い換えると、測定基準間隔寸法が異なる複数種類の棒状挿入体８を容易に製造できる。
【0051】
また、各測定ユニット１の一対の超音波センサ11，12に接続されているセンサ用電気配線は、棒状挿入体８の内部を挿通し、（ロッド部材81の上端部81ａから）制御ボックス６内に導かれて、外部に露出しないように構成している。
【0052】
より具体的には、下ユニット１ｄの一対の超音波センサ11，12のセンサ用電気配線は、第２の接続部材86の内部、第２の接続パイプ85の内部、中ユニット本体10ｏの配線用貫孔15（図２（Ｃ）参照）、第１の接続部材84の内部、第１の接続パイプ83の内部、上ユニット本体10ｕの配線用貫孔15、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を順次挿通して制御ボックス６内に接続されている。
中ユニット１ｏの一対の超音波センサ11，12のセンサ用電気配線は、第１の接続部材84の内部、第１の接続パイプ83の内部、上ユニット本体10ｕの配線用貫孔15、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を順次挿通して制御ボックス６内に接続されている。
上ユニット１ｕの一対の超音波センサ11，12のセンサ用電気配線は、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を挿通して制御ボックス６内に接続されている。
つまり、連結部材82と、第１・第２の接続部材84，86と、上・中ユニット本体10ｕ，10ｏとに、夫々、センサ用電気配線が上下方向に貫通する配線用貫孔を設けている。
中ユニット１ｏの一対の超音波センサ11，12のセンサ用電気配線は、第１の接続部材84の内部、第１の接続パイプ83の内部、上ユニット本体10ｕの配線用貫孔15、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を順次挿通して制御ボックス６内に接続されている。
上ユニット１ｕの一対の超音波センサ11，12のセンサ用電気配線は、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を挿通して制御ボックス６内に接続されている。
つまり、連結部材82と、第１・第２の接続部材84，86と、上・中ユニット本体10ｕ，10ｏとに、夫々、センサ用電気配線が上下方向に貫通する配線用貫孔を設けている。
【0053】
また、棒状挿入部材８の外観形状（外形状）を構成する各部材（ロッド部材81、連結部材82、各パイプ83，85，87、第１・第２の接続部材84，86、当り部材88、各ユニット本体10）の露出部は、横断面円形状の外周面を有し、その外周面の外径寸法が同等に形成され、連結状態において各部材同士の間に段差が形成されず、棒状挿入体８の（測定路13を除いた）全体の外形状が１本の丸棒状で、流体の抵抗を受けにくく、また、流体の流れ（流速分布）に悪影響を与えにくい形状である。
【0054】
また、上ユニット本体10ｕと中ユニット本体10ｏと下ユニット本体10ｄは同部品であり、第１の接続パイプ83と第２の接続パイプ85は同部品であり、第１の接続部材84と第２の接続部材86は同部品であり、第１のボルトナット支柱部材71と第２のボルトナット支柱部材72は同部品である。このように共用部品が多く、製造が容易である。
【0055】
また、連結部材82の内部に、連結ボルト部材70の頭部及び連結ボルト部材70用のボルト挿通孔に対して施蓋状に配設され、かつ、センサ用電気配線が密着して挿通し、上ユニット本体10ｕ側からの浸水を防止するパッキン部材89を設けている。
また、ロッド部材81の下端部81ｂのテーパ雌ネジ部と、連結部材82の上端部のテーパ雄ネジとを、シール材（剤）を介在させて螺合させ、外部からロッド部材81の内部に流体が浸入しないように設けている。
また、ロッド部材81の下端部81ｂのテーパ雌ネジ部と、連結部材82の上端部のテーパ雄ネジとを、シール材（剤）を介在させて螺合させ、外部からロッド部材81の内部に流体が浸入しないように設けている。
【0056】
なお、本発明は、設計変更可能であって、ロッド部材81と連結部材82の連結（接続）構造は、テーパーネジに限らず、ボルトナット結合や、凹凸嵌め込み構造等自由である。測定路13は、矩形孔形状に限らず円形孔状や楕円形孔状とするも良い。ユニット本体10は複数の部材を組み付けて構成するも良い。分水栓Ｊは、補修弁とも呼ばれ、弁切換構造はボール弁構造に限らず自由である。また、測定ユニット１は、３個以上の奇数個とするのが好ましく、管路中心点Ｐｏに測定ユニット１を配設できると共に、管路中心点Ｐｏから配管内周面までの間に等間隔に測定ユニット１を配設できる。より好ましくは、測定ユニット１は、３個又は５個設ける。
なお、本発明の説明を容易にするために、管路軸心Ｌｐ（図９参照）を水平に配設し、分水栓Ｊにおいて配管Ｐのラジアル外方に開口する栓開口部Ｊａの軸心Ｌｊ（図５参照）を鉛直に配設し、栓開口部Ｊａが上方へ開口する姿勢を基準使用姿勢として、上下方向を説明し、管路軸心方向を前後方向と呼んで、方向を説明している。したがって、方向を基に、使用状態の姿勢を限定するものではない。
なお、本発明の説明を容易にするために、管路軸心Ｌｐ（図９参照）を水平に配設し、分水栓Ｊにおいて配管Ｐのラジアル外方に開口する栓開口部Ｊａの軸心Ｌｊ（図５参照）を鉛直に配設し、栓開口部Ｊａが上方へ開口する姿勢を基準使用姿勢として、上下方向を説明し、管路軸心方向を前後方向と呼んで、方向を説明している。したがって、方向を基に、使用状態の姿勢を限定するものではない。
【0057】
以上のように、本発明の超音波流量計は、配管Ｐ内を流れる流体が通過する測定路13と、該測定路13を通過する流体の流れに乗った第１超音波Ｗ１を発信する上流位置の第１超音波センサ11と、上記測定路13を通過する流体の流れに逆らった第２超音波Ｗ２を発信する下流位置の第２超音波センサ12と、上記第１超音波Ｗ１を反射して上記第２超音波センサ12へ送ると共に上記第２超音波Ｗ２を反射して上記第１超音波センサ11へ送るための反射面14と、を有する測定ユニット１を、直列状に複数個連結して棒状挿入体８を構成し、上記棒状挿入体８は、上記配管Ｐに固着された分水栓Ｊを介して、上記配管Ｐのラジアル方向に沿って上記配管Ｐ内に差込まれるので、分水栓Ｊを利用して複数個の測定ユニット１の設置作業を行うことができ、流量計設置作業を容易かつスムーズに行うことができる。配管Ｐ内（管路）の横断面において複数か所の流速を計測でき、層流と、乱流と、層流と乱流の混在状態と、を正確に判定できる。複雑な流速分布であっても高精度に流量を算出できる。
【0058】
また、上記配管Ｐの内周面において上記分水栓Ｊの１８０度反対側部位の管内底面Ｐｅに当接する当り部材88を、上記棒状挿入体８の挿入先端部に備えているので、測定時（使用状態）で、棒状挿入体８の姿勢が安定し、配管Ｐを流れる流体の勢い（水圧）による悪影響を受けず、安定した計測結果を得ることができる。
【0059】
また、上記棒状挿入体８は、複数個の上記測定ユニット１の測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段80を備えているので、様々な大きさの配管Ｐに対応するように（ユーザーのニーズに合わせて）、迅速かつ容易に製造でき、納期を大幅に短縮できると共に、製造コストを抑えることができる。
【0060】
また、上記棒状挿入体８は、上記測定ユニット１を、３つ備えているので、配管Ｐの内径寸法が小さい管路であっても、３点を測定して、高精度に流量を計測することができる。最小限の測定ユニット数で、高精度な計測結果を得ることができる。
【符号の説明】
【0061】
１ 測定ユニット
８ 棒状挿入体
11 第１超音波センサ
12 第２超音波センサ
13 測定路
14 反射面
80 連結調整手段
88 当り部材
Ｊ 分水栓
Ｐ 配管
Ｐｅ 管内底面
Ｗ１ 第１超音波
Ｗ２ 第２超音波
８ 棒状挿入体
11 第１超音波センサ
12 第２超音波センサ
13 測定路
14 反射面
80 連結調整手段
88 当り部材
Ｊ 分水栓
Ｐ 配管
Ｐｅ 管内底面
Ｗ１ 第１超音波
Ｗ２ 第２超音波
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】