超声波式流体计量装置
阅读：125发布：2020-05-13
专利汇可以提供超声波式流体计量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种能提高计量 精度 的 超 声波 式 流体 计量装置。 超声波 式流体计量装置(10)具备：在计量流路(14)中设有第一收发机(21)及第二收发机(22)的超声波计量部(20)；和与连接第一收发机(21)及第二收发机(22)的超声波传播路径(24)大致平行的第一～第五隔板(25～29)，由各隔板(25～29)在计量流路(14)内层叠形成第一～第六扁平流路(32～37)。在该超声波式流体计量装置(10)中，第一收发机(21)及第二收发机(22)被配置成：由超声波计量部(20)计量各扁平流路(32～37)中的、相对于沿着层叠方向的中心发生偏心的扁平流路的流速。，下面是超声波式流体计量装置专利的具体信息内容。
1.一种超声波式流体计量装置，其具有：
形成为剖面呈矩形的方筒状的计量流路；
在上述计量流路中设有第一收发机及第二收发机的超声波计量部；以及与连接上述第一收发机和上述第二收发机的超声波传播路径大致平行地收纳在上述计量流路中的第一～第五隔板，
由上述第一～第五隔板在上述计量流路内层叠形成第一～第六扁平流路，其特征在于，
以由上述超声波计量部计量上述第一～第六扁平流路中的、相对于沿着层叠方向的中心发生偏心的第二或第五扁平流路的流速的方式配置上述第一收发机及上述第二收发机，在多层流路中的中央层的流路中的流速最大，随着远离中央层，流速就会变小。
2.根据权利要求1所述的超声波式流体计量装置，其特征在于，
连接上述第一收发机及上述第二收发机的上述超声波传播路径相对于上述计量流路的流向具有角度。
3.根据权利要求1所述的超声波式流体计量装置，其特征在于，
上述第一收发机及上述第二收发机配置在上述计量流路中的同一侧的侧壁上，使相向的上述计量流路的侧壁面反射超声波而测定超声波的传播时间。
4.根据权利要求1所述的超声波式流体计量装置，其特征在于，
连接上述第一收发机及上述第二收发机的上述超声波传播路径与上述计量流路的流向大致平行。
超声波式流体计量装置
技术领域
背景技术
[0002] 超声波式流体计量装置是如下的装置：流体在计量用流路中流动，使超声波在计量用流路内传播，计量超声波的传播时间，基于计量得到的信息求出流体的流速。
[0003] 该计量用流路是剖面为长方形的方筒形状，在相向的短边侧面分别设置有一对收发部。
[0004] 这一对收发部配置成沿着相对于计量用流路的流动方向以预定的角度交叉的线而发送接收超声波。
[0006] 专利文献1：WO2004/074783
发明内容
[0007] 然而，在将计量用流路形成为多层流路时，例如，在多层流路中的中央层的流路中的流速最大，随着远离中央层，流速就会变小。
[0008] 这样，在多层流路中流动的流体在各流路中的流速不同，因而存在有提高对在计量用流路中流动的流体的平均流速的计量精度的课题。
[0009] 本发明的目的在于提供能提高平均流速的计量精度的超声波式流体计量装置。
[0010] 本发明的超声波式流体计量装置具有：形成为剖面呈矩形的方筒状的计量流路；在上述计量流路中设有第一收发机及第二收发机的超声波计量部；以及与连接上述第一收发机和上述第二收发机的超声波传播路径大致平行地收纳在上述计量流路中的多个隔板，由上述各隔板在上述计量流路内层叠形成多个扁平流路，其特征在于，以由上述超声波计量部计量上述各扁平流路中的、相对于沿着层叠方向的中心发生偏心的扁平流路的流速的方式配置上述第一收发机及上述第二收发机。
[0011] 其中，沿着层叠方向的中央附近的扁平流路的流速容易达到最高速度。因此，以由超声波计量部计量多个扁平流路中的、相对于沿着层叠方向的中心发生偏心的扁平流路的流速的方式配置第一收发机及第二收发机。
[0012] 通过计量除了容易达到最高速度的中央附近的扁平流路以外的扁平流路的流速，可以计量接近平均流速的值。
[0013] 此外，本发明的特征在于，以与上述各扁平流路中的使上述流体以平均速度通过的偏平流路对应的方式配置第一收发机和第二收发机。
[0014] 由于以与多个扁平流路中的使流体以平均速度通过的偏平流路对应地配置第一收发机和第二收发机，因此能够通过第一收发机和第二收发机计量平均流速。
[0015] 进而，本发明的特征在于，以跨越上述扁平流路中的相邻的多个扁平流路的方式配置上述第一收发机及上述第二收发机。
[0016] 以跨越除了容易达到最高速度的中央附近的扁平流路以外的扁平流路中的、相邻的多个扁平流路的方式配置第一收发机和第二收发机。
[0017] 计量通过多个扁平流路的流体，由此可以计量接近平均流速的值。
[0018] 此外，本发明的特征在于，与上述扁平流路中的、除了使上述流体以最高流速通过的扁平流路及使上述流体以最低流速通过的扁平流路中的一方以外的扁平流路对应的方式配置上述第一收发机及上述第二收发机。
[0019] 以与除了容易达到最高速度的中央附近的扁平流路以外的扁平流路中的、除了使流体以最高流速通过的扁平流路及使流体以最低流速通过的扁平流路中的一方以外的扁平流路对应的方式配置第一收发机及第二收发机，从而能由发射机及接收机计量接近平均流速的值。
[0020] 进而，本发明的超声波式流体计量装置具有：形成为剖面呈矩形的方筒状的计量流路；在上述计量流路中设有第一收发机及第二收发机的超声波计量部；以及与连接上述第一收发机和上述第二收发机的超声波传播路径大致平行地收纳在上述计量流路中的多个隔板，由上述各隔板在上述计量流路内层叠形成多个扁平流路，其特征在于，以与上述各扁平流路中的、除了使上述流体以最高流速通过的扁平流路及使上述流体以最低流速通过的扁平流路中的一方以外的扁平流路对应的方式配置上述第一收发机及上述第二收发机。
[0021] 以与除了使流体以最高流速通过的扁平流路及使流体以最低流速通过的扁平流路中的一方以外的扁平流路对应的方式配置第一收发机及第二收发机，从而能由第一收发机及第二收发机计量接近平均流速的值。
[0022] 此外，本发明的特征在于，连接上述第一收发机及上述第二收发机的上述超声波传播路径相对于上述计量流路的流向具有角度。
[0023] 进而，本发明的特征在于，上述第一收发机及上述第二收发机配置在上述计量流路中的同一侧的侧壁上，使相向的上述计量流路的侧壁面反射超声波而测定超声波的传播时间。
[0024] 并且，本发明的特征在于，连接上述第一收发机及上述第二收发机的上述超声波传播路径相对于上述计量流路的流向大致平行。
[0025] 此外，本发明的特征在于，该超声波式流体计量装置具有第一超声波计量部和第二超声波计量部，以由上述第一超声波计量部计量上述各扁平流路中的、相对于沿着层叠方向的中心发生偏心的一方的扁平流路的流速的方式配置上述第一超声波计量部的上述第一收发机和上述第二收发机，并且，以上述第二超声波计量部计量相对于沿着层叠方向的中心发生偏心的另一方的扁平流路的流速的方式配置上述第二超声波计量部的上述第一收发机和上述第二收发机。
[0026] 进而，本发明的特征在于，沿上述层叠方向观察时，上述第一超声波计量部的第一超声波传播路径与上述第二超声波计量部的第二超声波传播路径是并行的。
[0027] 进而，本发明的特征在于，沿上述层叠方向观察时，上述第一超声波计量部的第一超声波传播路径与上述第二超声波计量部的第二超声波传播路径相互交叉。
[0029] 图1是表示本发明所涉及的超声波式流体计量装置(第一实施方式)的剖视图。
[0030] 图2是表示第一实施方式所涉及的超声波式流体计量装置的超声波计量部的立体图。
[0031] 图3是图1的A-A线剖视图。
[0032] 图4是表示第一实施方式所涉及的超声波计量部的放大图。
[0033] 图5是表示第二实施方式所涉及的超声波式流体计量装置的超声波计量部的放大图。
[0034] 图6是表示第三实施方式所涉及的超声波式流体计量装置的超声波计量部的放大图。
[0035] 图7是表示第四实施方式所涉及的超声波式流体计量装置的超声波计量部的放大图。
[0036] 图8是表示第五实施方式所涉及的超声波式流体计量装置的超声波计量部的放大图和主要部分立体示意图。
[0037] 图9是表示第六实施方式所涉及的超声波式流体计量装置的超声波计量部的放大图、主要部分立体示意图以及主要部分俯视示意图。
[0038] 标号说明
[0039] 10、50、60、70、80、90超声波式流体计量装置
[0040] 14计量流路
[0041] 15、16左右的侧壁(一对相向内侧面)
[0042] 20、20A、20B超声波计量部
[0043] 21、51、51A、51B、61、71第一收发机
[0044] 22、52、52A、52B、62、72第二收发机
[0045] 24、24A、24B超声波传播路径
[0046] 25～29第一～第五隔板(多个隔板)
[0047] 32～37第一～第六扁平流路(多个扁平流路)
[0048] 38流体
[0049] 39沿着层叠方向的中心
具体实施方式
[0050] 以下，参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的超声波式流体计量装置。
[0051] 如图1～图3所示，第一实施方式所涉及的超声波式流体计量装置10具备：由左右的铅垂流路12、13及水平流路(计量通路)14按大致U字状形成的流体路径11；在计量流路14中的左右的侧壁(一对相向内侧面)15、16上分别设置了第一收发机(发射机)21及第二收发机(接收机)22的超声波计量部20；以及从侧面看与连接第一收发机21及第二收发机22的超声波传播路径24大致平行地收纳在计量流路14中的多个作为隔板的第一～第五隔板25～29。
[0052] 超声波传播路径24相对于流向具有角度地相向配置。另外，上述的第一收发机21、第二收发机22那样的相对于流向具有角度地相向配置的配置图形称为Z路径(Z-path)或Z法，在本实施方式中基于该Z路径配置进行说明。
[0054] 如图2所示，计量流路14由左右的侧壁15、16及上下的壁部17、18形成为剖面呈矩形的方筒状。由于在该计量流路14内以一定间隔设置有第一～第五隔板25～29，从而如图4所示，在计量流路14内，作为多个扁平流路，层叠形成有第一～第六扁平流路32～37。
[0055] 第一～第六扁平流路32～37中，各自的剖面形状形成为大致矩形形状。
[0056] 流体路径11，如图1所示，通过把截止阀31从虚线表示的闭位置打开到实线表示的开位置，流体(作为一个例子，为气体)38就会如箭头所示，从左铅垂流路12经过计量流路14向右铅垂流路13流动。
[0057] 这时，如图4所示，第一～第六扁平流路32～37中的靠近计量流路14的流体路径中心(中心)39的第三～第4扁平流路34～35内的流体38成为最大流速。
[0058] 还有，第一～第六扁平流路32～37中的靠近计量流路14的上下的壁部17、18的第一、第六扁平流路32、37内的流体38达到最小流速的可能性高。
[0059] 并且，第一～第六扁平流路32～37中的第二、第五扁平流路33、36内的流体38达到平均流速的可能性高。
[0060] 超声波计量部20在第一～第六扁平流路32～37中相对于沿着层叠方向(即上下方向)的中心39以高度(距离)H向下方偏心地配置第一收发机21及第二收发机22，运算部41与第一收发机21及第二收发机22连接。
[0061] 第一收发机21及第二收发机22相对于中心39以高度H向下方偏心，作为一个例子，可以是与第五扁平流路36对应地配置。
[0062] 使第一收发机21及第二收发机22与第五扁平流路36对应配置，从而能由超声波计量部20计量使流体38以平均流速通过的第五扁平流路36的流速。
[0063] 第一收发机21配置在左侧壁15中的隔着超声波透过部件21A(参照图3)而面对第五扁平流路36的部位15A，且在第二收发机22的上游侧。
[0064] 第二收发机22配置在右侧壁16中的隔着超声波透过部件22A(参照图3)而面对第五扁平流路36的部位16A，且在第一收发机21的下游侧。
[0065] 具体而言，如图3所示，第一收发机21及第二收发机22间的超声波传播路径24是俯视时斜向横穿第五扁平流路36的流动方向(箭头所示的方向)而相对于第五扁平流路36的流动方向设定为角度θ的Z路径。
[0066] 此外，对于第一收发机21及第二收发机22间的超声波传播路径24，传播距离设定为L。
[0067] 运算部41，基于声速C、传播距离L、超声波传播路径的角度θ、超声波从第一收发机21到达第二收发机22为止的第一时间T1、超声波从第二收发机22到达第一收发机21为止的第二时间T2的数据，基于(1)式～(3)式来运算流体的流速U。
[0068] T1＝L/(C+Ucosθ) …(1)
[0069] T2＝L/(C-Ucosθ) …(2)
[0070] U＝L/(2cosθ((1/T1)-(1/T2)) …(3)
[0071] 其次，基于图1、图3及图4来说明第一实施方式的超声波式流体计量装置10的作用。
[0072] 打开图1表示的流体路径11的截止阀31，使流体(气体)38流入左铅垂流路12内。流入左铅垂流路12内的流体38就会流入计量流路14内。流入计量流路14内的流体38就会流入图4表示的第一～第六扁平流路32～37内。
[0073] 如图4所示，第一～第六扁平流路32～37中的第二、第五扁平流路33、36内的流体38成为平均流速的可能性高。
[0074] 从图4表示的第一收发机21向着第二收发机22发送超声波。超声波经过第五扁平流路内的流体38，从第一收发机21传播到第二收发机22。由运算部41求出超声波从第一收发机21传播到第二收发机22的第一超声波传播时间T1。
[0075] 同样，从第二收发机22向第一收发机21发送超声波。超声波经过第五扁平流路内的流体38，从第二收发机22传播到第一收发机21。由运算部41求出超声波从第二收发机22传播到第一收发机21的第二超声波传播时间T2。
[0076] 基于第一、第二超声波传播时间T1、T2，求出气体的流速U。
[0077] 其中，第五扁平流路36内的流体成为第一～第六扁平流路32～37内的流体38中的平均流速的可能性高。
[0078] 由此，通过计量在第五扁平流路36内流动的流体38的流速，能够测定流体38的平均流速，能够精确地测定流体38的流速。
[0079] 另外，在本实施方式中，是由左右的铅垂流路12、13及水平流路(计量流路)14按大致U字状形成的流体路径11，不过，流体路径只要是大致U字状即可，不受本实施方式限定。例如，也可以是把本实施方式旋转90度的构成，即由上下的垂直流路及铅垂流路(计量流路)构成流体路径。
[0080] 其次，基于图5～图7来说明第二～第四实施方式的超声波式流体计量装置。另外，在图5～图7中，为了容易理解超声波式流体计量装置，省略了超声波透过部件21A、22A。
[0081] (第二实施方式)
[0082] 图5表示的第二实施方式的超声波式流体计量装置50，相对于沿着层叠方向(即上下方向)的中心39以高度(距离)H向下方偏心，且跨越第一～第六扁平流路32～37中的，作为一个例子，相邻的第三～第六扁平流路34～37而配置了第一收发机51及第二收发机52，其他构成与第一实施方式一样。
[0083] 第一收发机51相对于第一实施方式的第一收发机21只是形状变大这一点不同，具有与第一收发机21相同的功能。
[0084] 第二收发机52相对于第一实施方式的第二收发机22只是形状变大这一点不同，具有与第二收发机22相同的功能。
[0085] 根据第二实施方式的超声波式流体计量装置50，跨越相邻的第三～第六扁平流路34～37而配置第一收发机51及第二收发机52，从而可计量通过第三～第六扁平流路34～
37的流体38，能计量接近平均流速的值。
37的流体38，能计量接近平均流速的值。
[0086] (第三实施方式)
[0087] 图6表示的第三实施方式的超声波式流体计量装置60，相对于沿着层叠方向(即上下方向)的中心39以高度(距离)H向下方偏心，且与第一～第六扁平流路32～37中的使流体38以最高流速通过的第三、第4扁平流路34、35及使流体38以最低流速通过的第一、第六扁平流路32、37中的一方以外的扁平流路，例如，第五～第六扁平流路36～37扁平流路对应而配置了第一收发机61及第二收发机62，其他构成与第一实施方式一样。
[0088] 第一收发机61相对于第一实施方式的第一收发机21只是形状变大这一点不同，具有与第一收发机21相同的功能。
[0089] 第二收发机62相对于第一实施方式的第二收发机22只是形状变大这一点不同，具有与第二收发机22相同的功能。
[0090] 根据第三实施方式的超声波式流体计量装置60，在除了靠近中央的扁平流路(第三、第4扁平流路34、35)之外的扁平流路中的、除了最高流速的扁平流路34、35及最低流速的扁平流路32、37中的一方之外的第五～第六扁平流路36～37上，配置了第一收发机61及第二收发机62，从而能由第一收发机61及第二收发机62计量接近平均流速的值。
[0091] (第四实施方式)
[0092] 图7表示的第四实施方式的超声波式流体计量装置70，与作为第一～第六扁平流路32～37中的使流体38以最高流速通过的第三、第4扁平流路34、35及使流体38以最低流速通过的第一、第六扁平流路32、37中的一方以外的扁平流路的例如第三～第五扁平流路34～36对应而配置了第一收发机71及第二收发机72，其他构成与第一实施方式一样。
[0093] 第一收发机71相对于第一实施方式的第一收发机21只是形状变大这一点不同，具有与第一收发机21相同的功能。
[0094] 第二收发机72相对于第一实施方式的第二收发机22只是形状变大这一点不同，具有与第二收发机22相同的功能。
[0095] 根据第四实施方式的超声波式流体计量装置70，在最高流速的扁平流路34、35及最低流速的扁平流路32、37的一方之外的第三～第五扁平流路34～36中配置第一收发机71及第二收发机72，从而能由第一收发机71及第二收发机72计量接近平均流速的值。
[0096] 另外，在上述实施方式中，说明了使第一收发机21及第二收发机22间的超声波传播路径24与Z路径对应的例子，不过，不限于此，对于超声波传播路径24，也可以在计量流路14中的同一侧的侧壁15或侧壁16上配置一对收发机21、22，使相向的计量流路14的侧壁面对超声波反射1次(V路径或V法)或2次(W路径或W法)来测定超声波的传播时间。还有，也可以采用使一对收发机21、22相对于流向不具有角度，即大致与流向平行地发送接收超声波的收发机配置图形(I路径或I法)。
[0097] 此外，上述实施方式中例示的流体路径11及计量流路14等的形状、构成不受此限定，而是可以适当地变更。
[0098] 例如，图8所示的第五实施方式和图9所示的第六实施方式也包括在本发明中。
[0099] 图8所示的第五实施方式的超声波式流体计量装置80具有第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B。这下第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B设于第一～第六扁平流路32～37中相对于沿层叠方向(即，上下方向)的中心39向上下发生偏心的位置。
[0100] 具体来说，第一超声波计量部20A的第一收发机51A和第二收发机52A跨越相邻的第一～第三扁平流路32～34进行配置。
[0101] 另一方面，第二超声波计量部20B的第一收发机51B和第二收发机52B跨越相邻的第四～第六扁平流路35～37进行配置。
[0102] 因而，如图8(B)所示，该超声波式流体计量装置80在沿第一～第六扁平流路32～37的层叠方向观察时，第一收发机51A和第二收发机52A之间的超声波传送路径24A与第一收发机51B和第二收发机52B之间的超声波传送路径24B是并行的。
[0103] 根据这样的超声波式流体计量装置80，通过第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B计量全部的第一～第六扁平流路32～37，从而能够更为精确地计量流体38的流速。
[0104] 此外，通常仅使用第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B中的一方来计量流体38的流速，在要求高精度计量的情况下，通过同时使用第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B，可以更为精确地计量流体38的流速。
[0105] 图9所示的第六实施方式的超声波式流体计量装置90是上述第五实施方式的变形，从第一～第六扁平流路32～37的层叠方向观察时，以使超声波传送路径24A与超声波传送路径24B交叉的方式，对第一收发机51A、第二收发机52A、第一收发机51B、第二收发机52B进行配置(参照图9(B)、图9(C))。
[0106] 根据这样的超声波式流体计量装置90，与上述的第五实施方式相同地，通过第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B计量全部的第一～第六扁平流路32～37，从而能够更为精确地计量流体38的流速。
[0107] 而且，通常仅使用第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B中的一方计量流体38的流速，在要求高精度计量的情况下，通过同时使用第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B可以更为精确地计量流体38的流速。
[0108] 另外，通过根据流体38的流量选择性地使用第一超声波计量部20A和第二超声波计量部20B，能够得到与流体的流量相适的最佳计量值，从而能够提高计量精度。
[0109] 本申请基于2006年9月20日提出的日本专利申请(特愿2006-254432)，将其内容援引于此。
[0110] 工业实用性
[0111] 本发明适用于计量在计量流路内流动的流体的平均流速的超声波式流体计量装置。
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