超聲波流量計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的超聲波流量計(jì)具備：一個(gè)分隔板，其將被測(cè)量流體所流經(jīng)的流路分割為測(cè)量流路和非測(cè)量流路；一對(duì)超聲波發(fā)送接收器，其配置于測(cè)量流路；測(cè)量部，其對(duì)在一對(duì)超聲波發(fā)送接收器間傳播的超聲波的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量；以及計(jì)算部，其計(jì)算被測(cè)量流體的流量。并且，計(jì)算部具有：運(yùn)算部，其基于傳播時(shí)間來運(yùn)算測(cè)量流路中的被測(cè)量流體的流速和流量中的至少一方；以及推測(cè)部，其基于測(cè)量流路中的流速或者流量來推測(cè)流路中的被測(cè)量流體的流量。由此，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度地測(cè)量被測(cè)量流體的超聲波流量計(jì)。
【專利說明】超聲波流量計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量被測(cè)量流體流的一部分來推測(cè)被測(cè)量流體整體的流量的超聲波流量計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為這種超聲波流量計(jì)，已知一種均等地分割流路、在分割得到的一個(gè)流路中配置有超聲波聲納的超聲波流量計(jì)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0003]下面，使用圖12來說明以往的超聲波流量計(jì)。圖12是以往的超聲波流量計(jì)的截面圖。
[0004]如圖12所示，以往的超聲波流量計(jì)100由圓筒基本流路101、圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體102 (流路分割構(gòu)件)、圓形網(wǎng)格103以及一對(duì)超聲波聲納104構(gòu)成。圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體102設(shè)置在圓筒基本流路101內(nèi)，被配置為將圓筒基本流路101均等地分割為多個(gè)。圓形網(wǎng)格103配置在圓筒基本流路101的圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體102的下游側(cè)，對(duì)圓筒基本流路101的被測(cè)量流體進(jìn)行整流。一對(duì)超聲波聲納104配置在測(cè)量流路102A的入口(上游側(cè))附近和出口(下游側(cè))附近，該測(cè)量流路102A由分割得到的圓筒基本流路101的至少一個(gè)圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體102構(gòu)成。
[0005]由此，進(jìn)行整流以消除在圓筒基本流路101內(nèi)流動(dòng)的被測(cè)量流體流的偏移，避免發(fā)生紊亂。其結(jié)果，使得能夠高精度地測(cè)量被測(cè)量流體的流量、流速。
[0006]并且，在專利文獻(xiàn)1中，除了上述圓筒基本流路101的結(jié)構(gòu)以外，還公開了一種以下結(jié)構(gòu):設(shè)置具有矩形截面的流路和沿流經(jīng)流路的被測(cè)量流體流平行的方向延伸并且等間隔地配置的整流板來分割流路。
[0007]然而，在以往的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)中存在以下結(jié)構(gòu)上的制約:為了在配置有一對(duì)超聲波聲納的測(cè)量流路102A中流過在圓筒基本流路101內(nèi)流動(dòng)的被測(cè)量流體的平均流量，必須均等地配置分割得到的各個(gè)圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體102 (流路分割構(gòu)件)。
[0008]另外，為了使被測(cè)量流體流均等化，必須在圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(流路分割構(gòu)件)的出口部配置壓力損失大的圓形網(wǎng)格等構(gòu)件，存在流量范圍變窄等問題。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-185477號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述問題，本發(fā)明的超聲波流量計(jì)具備:一個(gè)分隔板，其將被測(cè)量流體所流經(jīng)的流路分割為測(cè)量流路和非測(cè)量流路；一對(duì)超聲波發(fā)送接收器，其配置于測(cè)量流路；測(cè)量部，其對(duì)在一對(duì)超聲波發(fā)送接收器間傳播的超聲波的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量；以及計(jì)算部，其計(jì)算被測(cè)量流體的流量。并且，計(jì)算部具有:運(yùn)算部，其基于傳播時(shí)間來運(yùn)算測(cè)量流路中的被測(cè)量流體的流速和流量中的至少一方；以及推測(cè)部，其基于測(cè)量流路中的流速或者流量來推測(cè)流路中的被測(cè)量流體的流量。
[0011]由此，在將測(cè)量流路的流量設(shè)為Qm、將非測(cè)量流路的流量設(shè)為Qn的情況下，在要測(cè)量的流量范圍的整個(gè)區(qū)域，能夠?qū)y(cè)量流路的流量與非測(cè)量流路的流量的分流比(Qn/Qm)大致保持固定(包括固定)。其結(jié)果，通過對(duì)流經(jīng)作為流路的一部分的測(cè)量流路的被測(cè)量流體的流量或者流速進(jìn)行測(cè)量，能夠高精度地推測(cè)并測(cè)量流經(jīng)整個(gè)流路的被測(cè)量流體的流量或者流速。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖1的2-2線截面圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖1的3-3線截面圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖1的4-4線截面圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2的超聲波流量計(jì)的截面圖。
[0017]圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)的截面圖。
[0018]圖7A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的壓力-流量特性的曲線圖的一例的圖。
[0019]圖7B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的壓力-流量特性的曲線圖的另一例的圖。
[0020]圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式4的超聲波流量計(jì)的截面圖。
[0021]圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)的截面圖。
[0022]圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的壓力-流量特性的曲線圖的一例的圖。
[0023]圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式6的超聲波流量計(jì)的截面圖。
[0024]圖12是以往的超聲波流量計(jì)的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，并非通過本實(shí)施方式來限定本發(fā)明。另外，在以下的實(shí)施方式中，對(duì)相同或者相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)要素附加相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。
[0026](實(shí)施方式1)
[0027]下面，使用圖1至圖4來說明本發(fā)明的實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)。
[0028]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)的概要結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖1的2-2線截面圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖1的3-3線截面圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1的圖1的4-4線截面圖。
[0029]如圖1所示,本實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)1至少包括:筒狀流路2,其例如具有矩形截面；一片分隔板3，其沿著被測(cè)量流體流的方向?qū)⑼矤盍髀?分割為測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5 ;以及超聲波發(fā)送接收器保持部6，其保持與測(cè)量流路4對(duì)應(yīng)設(shè)置的一對(duì)超聲波發(fā)送接收器。此外，之后有時(shí)將筒狀流路2簡(jiǎn)單地記載為流路2來進(jìn)行說明。
[0030]而且，如圖2所示，超聲波發(fā)送接收器保持部6利用第一保持部9和第二保持部10來分別保持由第一超聲波發(fā)送接收器7和第二超聲波發(fā)送接收器8構(gòu)成的一對(duì)超聲波發(fā)送接收器。
[0031]另外，測(cè)量流路4具有上表面11和下表面12，在測(cè)量流路4的上表面11具備第一超聲波透過窗13和第二超聲波透過窗14。另一方面，測(cè)量流路4的下表面12作為從第一超聲波發(fā)送接收器7和第二超聲波發(fā)送接收器8放射的超聲波的反射面而發(fā)揮作用。而且，從第一超聲波發(fā)送接收器7和第二超聲波發(fā)送接收器8放射的超聲波橫穿測(cè)量流路4，在測(cè)量流路4的下表面12反射，在用箭頭P1和箭頭P2表示的傳播路徑中傳播。
[0032]由此，至少由第一超聲波發(fā)送接收器7、第二超聲波發(fā)送接收器8以及測(cè)量流路4的下表面12構(gòu)成用于測(cè)量被測(cè)量流體的流量、流速的流量測(cè)量部15。
[0033]另外，由第一超聲波發(fā)送接收器7和第二超聲波發(fā)送接收器8接收到的信號(hào)在由測(cè)量電路等構(gòu)成的測(cè)量部16中被進(jìn)行處理，測(cè)定第一超聲波發(fā)送接收器7與第二超聲波發(fā)送接收器8之間的傳播時(shí)間。而且，通過構(gòu)成計(jì)算部17的運(yùn)算部17a和推測(cè)部17b來推測(cè)并計(jì)算流經(jīng)筒狀流路2的被測(cè)量流體的流量和流速中的至少一方。
[0034]此外，如圖3所示，在本實(shí)施方式中，在非測(cè)量流路5中沒有特別地插入如之后的實(shí)施方式所示那樣的、使被測(cè)量流體流狀態(tài)發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)體或者整流構(gòu)件等構(gòu)件。
[0035]另外，如圖4所示，在筒狀流路2中，在分隔板3的上游設(shè)置有導(dǎo)流部19(從分隔板3至入口部18的流路)。由此，從筒狀流路2的入口部18流入的被測(cè)量流體流暫時(shí)在導(dǎo)流部19被進(jìn)行整流。之后，整流后的被測(cè)量流體被分隔板3分割，一部分流入測(cè)量流路4，剩余的部分流入非測(cè)量流路5。由此，能夠抑制測(cè)量流路4內(nèi)的被測(cè)量流體流的紊亂。其結(jié)果，對(duì)測(cè)量流路4的被測(cè)量流體的流速、流量進(jìn)行測(cè)量，能夠在整個(gè)寬的流量范圍、流速范圍內(nèi)高精度地推測(cè)流經(jīng)筒狀流路2的被測(cè)量流體的流量、流速。
[0036]而且，使用由流量測(cè)量部15測(cè)量出的傳播時(shí)間，通過測(cè)量部16對(duì)分流到測(cè)量流路4的被測(cè)量流體的流速和流量中的至少一方進(jìn)行處理，并利用計(jì)算部17的運(yùn)算部17a計(jì)算它們。之后，能夠基于由運(yùn)算部17a計(jì)算出的測(cè)量流路4的被測(cè)量流體的流速和流量，由計(jì)算部17的推測(cè)部17b推測(cè)并計(jì)算出流經(jīng)整個(gè)筒狀流路2的被測(cè)量流體的流速和流量。
[0037]以上述方式來構(gòu)成本實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)1。
[0038]下面，對(duì)上述結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(jì)1的動(dòng)作和作用進(jìn)行說明。
[0039]此外，如圖4所示，考慮在筒狀流路2的入口部18處例如具有流速分布Vi的被測(cè)量流體流入筒狀流路2的情況。
[0040]首先，流入筒狀流路2的被測(cè)量流體在導(dǎo)流部19被進(jìn)行整流。之后，整流后的被測(cè)量流體被分隔板3分割而分流到測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5這兩個(gè)流路。由此，測(cè)量流路4中的被測(cè)量流體的流量為Qm，非測(cè)量流路5的被測(cè)量流體的流量為Qn。
[0041]而且，流經(jīng)測(cè)量流路4的流量Qm的被測(cè)量流體通過從第一超聲波發(fā)送接收器7和第二超聲波發(fā)送接收器8放射的超聲波的傳播路徑。此時(shí)，根據(jù)由第一超聲波發(fā)送接收器7或者第二超聲波發(fā)送接收器8接收的超聲波的傳播時(shí)間來檢測(cè)流經(jīng)測(cè)量流路4的被測(cè)量流體的沿著超聲波的傳播路徑的流速成分。由此，使用以下說明的測(cè)量方法來測(cè)定(計(jì)算)流經(jīng)測(cè)量流路4的流量Qm的被測(cè)量流體的流速或者流量。
[0042]下面使用圖2對(duì)如上述那樣構(gòu)成的超聲波流量計(jì)1中被測(cè)量流體的流量和流速的測(cè)量方法進(jìn)行具體地說明。
[0043]此外，如圖2所示，將流經(jīng)筒狀流路2的被測(cè)量流體的流速設(shè)為V，將被測(cè)量流體中的聲速設(shè)為C，將被測(cè)量流體的流動(dòng)方向與箭頭P1所成的角度設(shè)為Θ，該箭頭P1表示直到超聲波在下表面12反射為止的超聲波傳播方向(傳播路徑)。
[0044]另外，如上所述，將用圖2的箭頭P1、P2的傳播路徑表示的、在第一超聲波發(fā)送接收器7與第二超聲波發(fā)送接收器8之間傳播的超聲波的傳播路徑的有效長(zhǎng)度(距離)設(shè)為L(zhǎng)0
[0045]此時(shí)，從第一超聲波發(fā)送接收器7發(fā)出的超聲波到達(dá)第二超聲波發(fā)送接收器8的傳播時(shí)間tl用以下的式(1)表示。
[0046]tl=L/(C+Vcos Θ )(1)
[0047]另外，從第二超聲波發(fā)送接收器8發(fā)出的超聲波到達(dá)第一超聲波發(fā)送接收器7的傳播時(shí)間t2用以下的式(2)表示。
[0048]t2=L/(C-Vcos Θ )(2)
[0049]而且，如果根據(jù)傳播時(shí)間tl的式(1)和傳播時(shí)間t2的式⑵消除被測(cè)量流體的聲速C，則能夠得到以下的式(3)。
[0050]V=(L/2cos Θ ).((l/tl)-(l/t2)) (3)
[0051]此時(shí)，如根據(jù)式(3)所獲知那樣，如果第一超聲波發(fā)送接收器7與第二超聲波發(fā)送接收器8之間的距離L和角度Θ已知，則能夠使用傳播時(shí)間tl和傳播時(shí)間t2，通過以下方法來求出被測(cè)量流體的流速V。
[0052]首先，由測(cè)量部16來測(cè)量傳播時(shí)間tl和傳播時(shí)間t2。
[0053]接著，計(jì)算部17的運(yùn)算部17a使用上述式(3)來運(yùn)算被測(cè)量流體的流速V。
[0054]并且，運(yùn)算部17a將運(yùn)算出的流速V乘以測(cè)量流路4的截面積S，并且乘以校正系數(shù)P，來求出測(cè)量流路4中的被測(cè)量流體的流量Qm。
[0055]接著，將所求出的上述流量Qm乘以系數(shù)q，該系數(shù)q用于由計(jì)算部17的推測(cè)部17b推測(cè)流經(jīng)整個(gè)筒狀流路2的被測(cè)量流體的流量。由此，推測(cè)流經(jīng)整個(gè)筒狀流路2的被測(cè)量流體的流量，能夠求出整個(gè)筒狀流路2的流量Q(Qm+Qn)。
[0056]如以上說明那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)1，能夠在矩形截面的筒狀流路2內(nèi)僅利用一片分隔板3來進(jìn)行向測(cè)量流路4的分流。因此，與用多個(gè)分隔板形成多個(gè)分流的以往的超聲波流量計(jì)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單且小型的超聲波流量計(jì)。
[0057]即，當(dāng)將測(cè)量流路4的流量設(shè)為Qm、將非測(cè)量流路5的流量設(shè)為Qn時(shí)，在用超聲波流量計(jì)測(cè)量的被測(cè)量流體的流量范圍的整個(gè)區(qū)域僅為層流或僅為紊流的情況下，能夠比較固定地保持分流比(Qn/Qm)。其結(jié)果，能夠基于測(cè)量流路的流量Qm高精度地推測(cè)并求出流經(jīng)筒狀流路2的被測(cè)量流體的整個(gè)流量Q。
[0058](實(shí)施方式2)
[0059]下面，使用圖5來說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的超聲波流量計(jì)。此外，省略與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)相同的結(jié)構(gòu)要素、作用等的說明。
[0060]圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2的超聲波流量計(jì)的截面圖。此外，與在實(shí)施方式1中已說明的圖4同樣地，圖5示出了在圖1所示的4-4線方向上切斷實(shí)施方式2的超聲波流量計(jì)而得到的截面圖。
[0061]如圖5所示，本實(shí)施方式2的超聲波流量計(jì)與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)的不同點(diǎn)在于使分隔板20的上游端21為楔形狀。除此以外的結(jié)構(gòu)要素基本上與實(shí)施方式1相同，因此附加相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。
[0062]也就是說，如圖5所示，以使分隔板20的寬度W在上游端21側(cè)變窄的方式形成為例如楔形等三角形狀。由此，抑制分隔板20分流時(shí)被測(cè)量流體的紊亂。此外，分隔板20的前端部也可以不是刀刃狀而是具有曲率的形狀。[0063]根據(jù)本實(shí)施方式，能夠在分隔板20的上游端21側(cè)的楔形狀的前端進(jìn)行被測(cè)量流體向測(cè)量流路4的分流。因此，能夠抑制流入筒狀流路2的被測(cè)量流體的紊亂，能夠順暢地分流到測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5。由此，能夠進(jìn)一步將分流比(Qn/Qm)保持固定。其結(jié)果，能夠基于測(cè)量流路4的流量Qm高精度地推測(cè)并求出流經(jīng)筒狀流路2的被測(cè)量流體的整體流量Q。
[0064](實(shí)施方式3)
[0065]下面，使用圖6至圖7B來說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)。此外，省略與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)相同的結(jié)構(gòu)要素、作用等的說明。
[0066]圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)的截面圖。圖7A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的壓力-流量特性的曲線圖的一例的圖。圖7B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的壓力-流量特性的曲線圖的另一例的圖。此外，與在實(shí)施方式1中已說明的圖4同樣地，圖6示出了在圖1所示的4-4線方向上切斷實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)而得到的截面圖。
[0067]如圖6所示，本實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)的不同點(diǎn)在于在非測(cè)量流路5中配置由阻力體22構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體22。除此以外的結(jié)構(gòu)要素基本上與實(shí)施方式1相同，因此附加相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。
[0068]也就是說，如圖6所示，為了調(diào)整壓力損失等，作為結(jié)構(gòu)體在非測(cè)量流路5中配置例如由網(wǎng)格形狀、金屬纖維等構(gòu)成的阻力體22。由此，如下面所說明那樣，能夠使流入測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5的被測(cè)量流體以相同的壓差從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。其結(jié)果，能夠抑制由被測(cè)量流體的流量變動(dòng)導(dǎo)致的分流比(Qn/Qm)的變化，能夠進(jìn)一步抑制超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度的下降。
[0069]下面，對(duì)本實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)1的動(dòng)作和作用進(jìn)行說明。
[0070]首先，如圖6所示，對(duì)筒狀流路2中的Pu點(diǎn)與Pd點(diǎn)的壓力差(壓差)P與流經(jīng)測(cè)量流路4的流量Qm和流經(jīng)非測(cè)量流路5的流量Qn的關(guān)系進(jìn)行說明。
[0071]一般地，在流體力學(xué)方面，在流體流為層流狀態(tài)的情況下，流量與壓力差為線性(比例)關(guān)系。另一方面，已知在流體流為紊流狀態(tài)的情況下，流量與壓力差為平方的關(guān)系(非線性)。因而，對(duì)于由分隔板3對(duì)筒狀流路2進(jìn)行分流得到的測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5，上述關(guān)系也能夠適用。
[0072]而且，圖7A是示意性地示出上述關(guān)系的曲線圖。即，如圖7A所示，示出了在測(cè)量流路4中，在轉(zhuǎn)變點(diǎn)Μ之前是層流而在轉(zhuǎn)變點(diǎn)Μ之后是紊流的狀態(tài)。另外，示出了在非測(cè)量流路5中，在轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ν之前是層流而在轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ν之后是紊流的狀態(tài)。
[0073]此時(shí)，在壓力差為Ρ1的情況下，測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5均處于層流區(qū)域，因此分流比(Qnl/Qml)為固定的值。另外，在壓力差為P2的情況下，測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5均處于紊流區(qū)域，因此分流比(Qn2/Qm2)同樣也為固定的值。也就是說，如果測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5均為紊流區(qū)域且流量與壓力差處于平方的關(guān)系，則在各個(gè)區(qū)域中紊流時(shí)的分流比和層流時(shí)的分流比的值相同。
[0074]然而，如圖7A所示，例如在壓力差為Ps的情況下，測(cè)量流路4的被測(cè)量流體處于層流狀態(tài)，非測(cè)量流路5的被測(cè)量流體處于紊流狀態(tài)。因此，如上所述，在測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5為不同狀態(tài)的流量區(qū)域的情況下，分流比(Qns/Qms)不一定是固定的值。也就是說，在流量區(qū)域的被測(cè)量流體的狀態(tài)以層流和紊流而不同的情況下，根據(jù)流經(jīng)測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5的流量不同而分流比發(fā)生變化。如果此時(shí)對(duì)測(cè)量流路4的流量進(jìn)行測(cè)量來估計(jì)整個(gè)筒狀流路2的流量，則會(huì)成為流量的測(cè)量精度下降的主要原因。
[0075]因此，如圖7B那樣，如果設(shè)定為在測(cè)量流路4的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Μ和非測(cè)量流路5的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ν處以相同的壓力差Ptr產(chǎn)生從層流向紊流的轉(zhuǎn)變，則能夠避免流量的測(cè)量精度的下降。也就是說，通過選擇配置于非測(cè)量流路5的阻力體22的阻力值(例如網(wǎng)格的形狀、大小等的變更)，即使筒狀流路2的被測(cè)量流體的流量發(fā)生變化，也能夠?qū)崿F(xiàn)流經(jīng)測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5的被測(cè)量流體的分流比不變的條件。由此，能夠使測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5以相同的壓力差從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯臓顟B(tài)，能夠以高測(cè)量精度估計(jì)并計(jì)算測(cè)量流體的流量、速度。
[0076]根據(jù)本實(shí)施方式，在非測(cè)量流路5中配置阻力體22，該阻力體22構(gòu)成使測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5以相同的壓力差同時(shí)從層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)的結(jié)構(gòu)體。由此，能夠?qū)y(cè)量流路4的流量進(jìn)行測(cè)量來遍及整個(gè)流量區(qū)域地估計(jì)整個(gè)筒狀流路2的流量。其結(jié)果，能夠基于測(cè)量流路4的流量高精度地推測(cè)并求出流經(jīng)筒狀流路2的被測(cè)量流體的整體流量。另外，通過選擇阻力體22，例如能夠與超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍相應(yīng)地容易地實(shí)現(xiàn)高精度的流量測(cè)量條件。
[0077](實(shí)施方式4)
[0078]下面，使用圖8對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4的超聲波流量計(jì)進(jìn)行說明。此外，省略與實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)相同的結(jié)構(gòu)要素、作用等的說明。
[0079]圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式4的超聲波流量計(jì)的截面圖。此外，與在實(shí)施方式1中已說明的圖4同樣地，圖8示出了在圖1所示的4-4線方向上切斷實(shí)施方式4的超聲波流量計(jì)而得到的截面圖。
[0080]如圖8所示，本實(shí)施方式4的超聲波流量計(jì)與實(shí)施方式3的超聲波流量計(jì)的不同點(diǎn)在于利用多個(gè)阻力板24、25 (在本實(shí)施方式中為兩片)來構(gòu)成配置于非測(cè)量流路5的結(jié)構(gòu)體23。除此以外的結(jié)構(gòu)要素基本上與實(shí)施方式3相同，因此附加相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。
[0081]也就是說，如圖8所示，在非測(cè)量流路5中，例如沿著被測(cè)量流體的流動(dòng)方向配置多個(gè)阻力板24、25。由此，如在實(shí)施方式3中說明那樣，能夠使流入測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5的被測(cè)量流體以相同的壓力差從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯臓顟B(tài)。
[0082]根據(jù)本實(shí)施方式，能夠利用例如由板構(gòu)件構(gòu)成的阻力板24、25來構(gòu)成結(jié)構(gòu)體。由此，能夠獲得與實(shí)施方式3相同的效果，并且能夠?qū)崿F(xiàn)制作容易、高生產(chǎn)率的超聲波流量計(jì)。
[0083]此外，在本實(shí)施方式中，以利用兩片阻力板來構(gòu)成結(jié)構(gòu)體的例子進(jìn)行了說明，但并不限于此，也可以利用一片或三片以上的阻力板來構(gòu)成結(jié)構(gòu)體，能夠與要測(cè)量的流量、流速相應(yīng)地任意地進(jìn)行選擇。
[0084]另外，在本實(shí)施方式中，以沿著被測(cè)量流體流來配置阻力板的例子進(jìn)行了說明，但并不限于此。例如，只要是使流經(jīng)測(cè)量流路和非測(cè)量流路的被測(cè)量流體以相同的壓力差從層流區(qū)域轉(zhuǎn)變到紊流區(qū)域的結(jié)構(gòu)，則可以相對(duì)于被測(cè)量流體流以規(guī)定的角度進(jìn)行配置，另外也可以配置除直線狀的阻力板之外的任意形狀的阻力板。
[0085](實(shí)施方式5)[0086]下面，使用圖9和圖10來說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)。此外，省略與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)相同的結(jié)構(gòu)要素、作用等的說明。
[0087]圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)的截面圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的壓力-流量特性的曲線圖的一例的圖。此外，與在實(shí)施方式1中已說明的圖4同樣地，圖9示出了在圖1所示的4-4線方向上切斷實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)而得到的截面圖。
[0088]如圖9所示，本實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)的不同點(diǎn)在于，將測(cè)量流路4的層高度h (隔著測(cè)量流路4相對(duì)置的分隔板3與筒狀流路2的外周壁2A的距離)設(shè)定為遍及超聲波流量計(jì)的測(cè)量流量整個(gè)區(qū)域地至少在測(cè)量流路4中維持層流狀態(tài)的值。
[0089]除此以外的結(jié)構(gòu)要素基本上與實(shí)施方式1相同，因此附加相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。
[0090]也就是說，如圖9所示 ，將測(cè)量流路4的層高度h設(shè)定為在超聲波流量計(jì)的測(cè)量流量整個(gè)區(qū)域維持層流狀態(tài)的值。
[0091]此外，一般地，關(guān)于測(cè)量流路4的層高度h，在測(cè)量流路4的流路截面為矩形且縱橫比(長(zhǎng)邊長(zhǎng)度/短邊長(zhǎng)度)大的情況下，將相當(dāng)于層高度h的短邊長(zhǎng)度設(shè)為代表長(zhǎng)度，根據(jù)以下的式⑷來求出雷諾數(shù)Re。
[0092]Re=(hXVave)/ ν(4)
[0093]其中，Re:雷諾數(shù)，h:代表長(zhǎng)度，Vave:平均流速
[0094]因此，如果基于式(4)設(shè)定測(cè)量流路4的層高度h，則能夠使被測(cè)量流體以層流狀態(tài)流動(dòng)。
[0095]下面，對(duì)本實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)1的動(dòng)作和作用進(jìn)行說明。
[0096]首先，如圖10所示，設(shè)定測(cè)量流路4的層高度h，使得在要測(cè)量的被測(cè)量流體的整個(gè)流量區(qū)域、即直到最大測(cè)量流量為止，測(cè)量流路4內(nèi)的被測(cè)量流體流為層流。此時(shí)，在流經(jīng)非測(cè)量流路5的被測(cè)量流體的壓力差與流量的關(guān)系也是成為層流狀態(tài)的條件的情況下，在被測(cè)量流體的整個(gè)流量區(qū)域中，分流比(Qn/Qm)是固定的。
[0097]另一方面，在非測(cè)量流路5中，在被測(cè)量流體的整個(gè)流量區(qū)域中包括紊流區(qū)域而壓力差與流量的關(guān)系不是線性的情況下，分流比不固定。但是，能夠在層流區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量流路4的被測(cè)量流體的流量等的測(cè)量，因此能夠獲得極其穩(wěn)定的值。
[0098]根據(jù)本實(shí)施方式，遍及被測(cè)量流體的整個(gè)流量區(qū)域地至少在測(cè)量流路中能夠在層流狀態(tài)下對(duì)被測(cè)量流體的流量進(jìn)行測(cè)量。由此，能夠?qū)y(cè)量流路和非測(cè)量流路的被測(cè)量流體的分流比(Qn/Qm)維持為固定，能夠以高測(cè)量精度測(cè)量并估計(jì)被測(cè)量流體的流量。
[0099](實(shí)施方式6)
[0100]下面，使用圖11對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式6的超聲波流量計(jì)進(jìn)行說明。此外，省略與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)相同的結(jié)構(gòu)要素、作用等的說明。
[0101]圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式6的超聲波流量計(jì)的截面圖。此外，與在實(shí)施方式1中已說明的圖4同樣地，圖11示出了在圖1所示的4-4線方向上切斷實(shí)施方式6的超聲波流量計(jì)而得到的截面圖。
[0102]如圖11所示，本實(shí)施方式6的超聲波流量計(jì)與實(shí)施方式1的超聲波流量計(jì)的不同點(diǎn)在于將整流構(gòu)件26配置于筒狀流路2的入口部18。除此以外的結(jié)構(gòu)要素基本上與實(shí)施方式1相同，因此附加相同的附圖標(biāo)記來進(jìn)行說明。
[0103]也就是說，如圖11所示，在超聲波流量計(jì)1的筒狀流路2的入口部18配置整流構(gòu)件26。由此，能夠抑制流入筒狀流路2的被測(cè)量流體的紊亂、偏流。而且，能夠?qū)崿F(xiàn)被測(cè)量流體向測(cè)量流路4和非測(cè)量流路5的分流、測(cè)量流路4中的被測(cè)量流體流的穩(wěn)定化。其結(jié)果，能夠使測(cè)量流路4中的被測(cè)量流體的流量等的測(cè)量精度提高。
[0104]根據(jù)本實(shí)施方式，通過設(shè)置整流構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)一種抑制被測(cè)量流體流紊亂、偏流而以高測(cè)量精度測(cè)量被測(cè)量流體的流量等的超聲波流量計(jì)。
[0105]此外，在本實(shí)施方式中，以將整流構(gòu)件26配置在筒狀流路2的入口部18的例子進(jìn)行了說明，但并不限于此。例如，也可以配置在導(dǎo)流部19(分隔板3至入口部18的流路)的任意位置處，能夠獲得同樣的效果。另外，也可以將整流構(gòu)件26僅配置于非測(cè)量流路5。由此，能夠抑制非測(cè)量流路5中的被測(cè)量流體產(chǎn)生渦流、紊亂。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)一種使測(cè)量流路4與非測(cè)量流路的分流比更加穩(wěn)定化而以高測(cè)量精度測(cè)量被測(cè)量流體的流量等的超聲波流量計(jì)。
[0106]如以上說明那樣，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，具備:一個(gè)分隔板，其將被測(cè)量流體所流經(jīng)的流路分割為測(cè)量流路和非測(cè)量流路；一對(duì)超聲波發(fā)送接收器，其配置于測(cè)量流路；測(cè)量部，其對(duì)在一對(duì)超聲波發(fā)送接收器間傳播的超聲波的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量；以及計(jì)算部，其計(jì)算被測(cè)量流體的流量。并且，計(jì)算部具有:運(yùn)算部，其基于傳播時(shí)間來運(yùn)算測(cè)量流路中的被測(cè)量流體的流速和流量中的至少一方；以及推測(cè)部，其基于測(cè)量流路中的流速或者流量來推測(cè)流路中的被測(cè)量流體的流量。
[0107]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，僅利用一片分隔板將被測(cè)量流體向測(cè)量流路分流，因此能夠減少用于確定分流的流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單、小型的超聲波流量計(jì)。由此，在將測(cè)量流路的流量設(shè)為Qm、將非測(cè)量流路的流量設(shè)為Qn的情況下，能夠遍及要測(cè)量的流量范圍的整個(gè)區(qū)域地使測(cè)量流路的流量與非測(cè)量流路的流量的分流比(Qn/Qm)大致保持固定(包括固定)。其結(jié)果，與分流比為復(fù)雜的函數(shù)而以線性近似會(huì)產(chǎn)生誤差那樣的情況相比，能夠高精度地推測(cè)流經(jīng)流路的被測(cè)量流體整體的流量。
[0108]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，將分隔板的上游端形成為楔形狀。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在楔形狀的前端部進(jìn)行被測(cè)量流體向測(cè)量流路和非測(cè)量流路的分流。因此，能夠進(jìn)一步抑制紊流等的發(fā)生而將分隔板的上游部的被測(cè)量流體順暢地分流到測(cè)量流路和非測(cè)量流路。由此，能夠進(jìn)一步將分流比(Qn/Qm)保持為固定。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步高精度地推測(cè)流經(jīng)流路的被測(cè)量流體整體的流量。
[0109]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，具備使流經(jīng)測(cè)量流路和非測(cè)量流路的被測(cè)量流體同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)的結(jié)構(gòu)體。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使流經(jīng)流路的被測(cè)量流體的流量發(fā)生變化，也能夠使分流比固定。其結(jié)果，能夠設(shè)定能高精度地測(cè)量被測(cè)量流體的流量等的流量測(cè)量條件。
[0110]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，結(jié)構(gòu)體是配置于非測(cè)量流路的阻力體。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，不需要采用特殊設(shè)計(jì)的構(gòu)件來作為結(jié)構(gòu)體。由此，即使流經(jīng)流路的被測(cè)量流體的流量發(fā)生變化，也能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使分流比固定。
[0111]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，結(jié)構(gòu)體由阻力板構(gòu)成。由此，能夠容易地制作構(gòu)成結(jié)構(gòu)體的阻力板。
[0112]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，設(shè)定測(cè)量流路的層高度，使得至少在流經(jīng)測(cè)量流路的被測(cè)量流體的最大測(cè)量流量處成為層流。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在層流區(qū)域進(jìn)行測(cè)量流路的被測(cè)量流體的流量等的測(cè)量。由此，能夠非常穩(wěn)定地進(jìn)行被測(cè)量流體的測(cè)量。其結(jié)果，能夠高精度地測(cè)量被測(cè)量流體的流量等。
[0113]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，在設(shè)置于流路的分隔板的上游配置導(dǎo)流部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)流部中對(duì)被測(cè)量流體流進(jìn)行整流，能夠使被測(cè)量流體流更加通暢且穩(wěn)定。其結(jié)果，能夠在測(cè)量流路中更加穩(wěn)定地進(jìn)行被測(cè)量流體的測(cè)量。
[0114]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，在流路的入口部配置整流構(gòu)件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制向流路流入的被測(cè)量流體流的紊亂、偏流。由此，能夠使向測(cè)量流路和非測(cè)量流路的分流、測(cè)量流路中的被測(cè)量流體流穩(wěn)定。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高測(cè)量流路中的被測(cè)量流體的測(cè)量精度。
[0115]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，在非測(cè)量流路配置整流構(gòu)件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制非測(cè)量流路中的流體產(chǎn)生渦流、紊亂。其結(jié)果，使與流經(jīng)測(cè)量流路的被測(cè)量流體的分流比更加穩(wěn)定化，能夠進(jìn)一步提高測(cè)量流路中的被測(cè)量流體的測(cè)量精度。[0116]另外，根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，在導(dǎo)流部配置整流構(gòu)件。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠任意地配置整流構(gòu)件的設(shè)置范圍。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)通用性良好的超聲波流量計(jì)。
[0117]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0118]本發(fā)明的超聲波流量計(jì)能夠高精度地測(cè)量被測(cè)量流體，因此在流量測(cè)量的各種用途、特別是要求簡(jiǎn)單小型化的燃?xì)獗淼阮I(lǐng)域是有用的。
[0119]附圖標(biāo)記說明
[0120]1、100:超聲波流量計(jì)；2:筒狀流路(流路);2八:外周壁；3、20:分隔板；4、102八:測(cè)量流路；5:非測(cè)量流路；6:超聲波發(fā)送接收器保持部；7:第一超聲波發(fā)送接收器；8 --第二超聲波發(fā)送接收器；9:第一保持部；10:第二保持部；11:上表面；12:下表面；13:第一超聲波透過窗；14:第二超聲波透過窗；15:流量測(cè)量部；16:測(cè)量部；17:計(jì)算部；17a:運(yùn)算部；17b:推測(cè)部；18:入口部；19:導(dǎo)流部；21:上游端;22、23:結(jié)構(gòu)體(阻力體);24、25:阻力板(板構(gòu)件)；26:整流構(gòu)件；101:圓筒基本流路；102:圓筒蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(流路分割構(gòu)件)；103:圓形網(wǎng)格；104:超聲波聲納。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波流量計(jì)，其具備:一個(gè)分隔板，其將被測(cè)量流體所流經(jīng)的流路分割為測(cè)量流路和非測(cè)量流路；一對(duì)超聲波發(fā)送接收器，其配置于上述測(cè)量流路；測(cè)量部，其對(duì)在上述一對(duì)超聲波發(fā)送接收器間傳播的超聲波的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量；以及計(jì)算部，其計(jì)算上述被測(cè)量流體的流量，其中，上述計(jì)算部具有:運(yùn)算部，其基于上述傳播時(shí)間來運(yùn)算上述測(cè)量流路中的上述被測(cè)量流體的流速和流量中的至少一方；以及推測(cè)部，其基于上述測(cè)量流路中的上述流速或者上述流量來推測(cè)上述流路中的上述被測(cè)量流體的上述流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，上述分隔板的上游端形成為楔形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，具備使流經(jīng)上述測(cè)量流路和上述非測(cè)量流路的上述被測(cè)量流體同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)的結(jié)構(gòu)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，上述結(jié)構(gòu)體是配置于上述非測(cè)量流路的阻力體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，上述結(jié)構(gòu)體由阻力板構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，設(shè)定上述測(cè)量流路的層高度，使得至少在流經(jīng)上述測(cè)量流路的上述被測(cè)量流體的最大測(cè)量流量處成為層流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，在設(shè)置于上述流路的上述分隔板的上游配置導(dǎo)流部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，在上述流路的入口部配置整流構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，在上述非測(cè)量流路配置整流構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于，在上述導(dǎo)流部配置整流構(gòu)件。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK103649692SQ201280034493
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月13日
【發(fā)明者】足立明久, 佐藤真人, 渡邊葵, 宮田肇 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社