流量测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种流量测量装置，其能够减小因超声波振动器的安装位置的偏差对测量特性的影响。在该流量测量装置中，多张整流板（5）以将流体流动的多层流路部（3）的内部分隔为奇数层的方式进行设置，用于对多层流路部（3）内部流动的气体的流速进行检测的一对超声波传感器以夹持多张整流板（5）的状态对向配置，且超声波传感器的中心与由整流板（5）分隔的所有层中的中央层对置，并被设置为与由整流板（5）分隔的所有层对置的大小。
【专利说明】流量测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种流量测量装置，特别是涉及一种具备:流体流动的流路；相互隔开间隔配置，将上述流路内部分隔的多张整流板；和在相互之间定位有上述多张整流板的状态下对向配置，用于检测上述流路内流动的流体的流速的一对超声波振动器的流量
测量装置。
【背景技术】
[0002]以往，提出有在气体流量计的流路内设置相互叠层以将该流路内部分隔的多张整流板，利用超声波传感器测量由整流板整过流的气体的流速的气体流量计(例如，专利文献I?3)。专利文献I所述的气体流量计由整流板将流路内部分隔为5层，且仅在其中央层配置与其对置的超声波传感器。即，使用直径比中央层的高度小的传感器作为超声波传感器。
[0003]尽管通过设置上述整流板能够使叠层方向的流速分布与未设置整流板时相比更平缓，但未完全实现平缓。因此，在如专利文献I所用的超声波传感器所示的仅能够测量中央层的小型传感器的情况下，有可能由于其超声波传感器在叠层方向的安装位置的偏差导致不同产品之间的性能差异。
[0004]另外，专利文献2、3中，采用由整流板分隔为两层或四层，以与所有层对置的方式配置超声波传感器，由此对流路整体进行测量，从而抑制了不同产品之间的性能差异，但是还存在如下的问题。即，如图7所示，专利文献2所述的气体流量计由于通过整流板100?102被分隔为偶数层，因此导致超声波传感器201、202的中心与中央的整流板101对置。
[0005]超声波传感器201、202的输出特性是中心最大、离中心越远则越小。因此，如果超声波传感器201、202的中心与整流板101对置，就会因从输出功率较高的中心发射的超声波碰到整流板101而出现容易妨碍超声波的传播的问题。
[0006]另外，整流板101上方的层和其下方的层的流速特性不同。在图7 (B)所示的例子中，整流板101上方的层的流速大于整流板101下方的层的流速。因此还存在着由于超声波传感器201、202的安装位置的偏差，使得超声波传感器201、202的中心不是位于中央的整流板101的上侧就是位于其下侧，以致测量特性变化较大的问题。由于专利文献3也是通过整流板分隔为两层(偶数层)，因此存在同样的问题。
[0007]而且还有希望将用于小型(1.6?6号)气体流量计的小型超声波传感器用于能够测量大流量的大型气体流量计，从而使超声波传感器能够通用于小型气体流量计和大型气体流量计的课题。
[0008]在先技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2005-30795号公报
[0011]专利文献2:日本特开2005-283565号公报
[0012]专利文献3:日本特开2010-117201号公报实用新型内容
[0013]实用新型要解决的课题
[0014]因此，本实用新型的课题在于提供一种能够减小超声波振动器的安装位置的偏差对测量特性的影响的流量测量装置。
[0015]解决课题的手段
[0016]用于解决上述课题的技术方案I涉及一种流量测量装置，具有:流体流动的流路；相互隔开间隔配置，将上述流路内部分隔的多张整流板；和用于检测上述流路内流动的流体的流速的一对超声波振动器，该一对超声波振动器在相互之间定位有上述多张整流板的状态下对向配置，其特征在于，上述多张整流板以将上述流路内部分隔为奇数层的方式进行设置，上述超声波振动器的中心与由上述整流板分隔而成的中央层对置，并且，上述超声波振动器被设置为与由上述整流板分隔而成的多个层对置的大小。
[0017]技术方案2的实用新型的特征在于，在技术方案I所述的流量测量装置中，上述多张整流板以将上述流路内部分隔为7层的方式进行设置。
[0018]技术方案3的实用新型的特征在于，在技术方案I或2所述的流量测量装置中，上述多张整流板的层间隔为2.0mm?2.4_。
[0019]技术方案4的实用新型的特征在于，在技术方案I?3中任一项所述的流量测量装置中，上述流路的流路宽度a与层间隔c的宽高比为15?20。
[0020]技术方案5的实用新型的特征在于，在技术方案I?4中任一项所述的流量测量装置中，上述一对超声波振动器的对置方向与流体流动方向所成夹角被设为40度?50度。
[0021]实用新型的效果
[0022]如上所述，根据技术方案1、2所述的实用新型，多张整流板以将流路内部分隔为奇数层的方式进行设置，超声波振动器的中心与由整流板分隔而成的中央层对置，并且，该超声波振动器被设置为与由整流板分隔而成的所有层对置的大小。因此，在使用超声波振动器对流路整体进行测量时，超声波振动器的中心不会与整流板对置，即使超声波振动器的安装位置存在偏差，其中心也将与中央层对置，因此能够减小超声波振动器的安装位置的偏差对测量特性的影响。
[0023]根据技术方案3?5所述的实用新型，能够使用1.6?6号气体流量计用小型超声波振动器测量最高达到32m3/h的流量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是作为本实用新型的流量测量装置的气体流量计的一个实施方式的剖面示意图。
[0025]图2是图1所示的多层流路部的立体图。
[0026]图3是沿图2的A-A线的剖视图。
[0027]图4 (A)和图4 (B)分别是本实用新型的气体流量计所用的整流板和超声波传感器的立体图和剖视图。
[0028]图5是将截面积设为定值而改变宽高比时的图1所示的气体流量计的压力损失的测量结果的曲线图。[0029]图6是将截面积设为定值而改变宽高比时的图1所示的气体流量计的增益的测量结果的曲线图。
[0030]图7 (A)和图7 (B)分别为现有的气体流量计所用的整流板和超声波传感器的立体图和剖视图。
[0031]符号说明
[0032]I 气体流量计(流量测量装置)
[0033]3 多层流路部(流路)
[0034]5 整流板
[0035]41超声波传感器
[0036]42超声波传感器
【具体实施方式】
[0037]以下，参照图1?图4对作为本实用新型的流量测量装置的气体流量计的一个实施方式进行说明。如图1所示，气体流量计I具有:气体流路2、作为流路的多层流路部3和作为超声波振动器的超声波传感器41、42。上述气体流路2呈U形，包括入口流路部21、出口流路部22和测量流路部23。
[0038]入口流路部21沿垂直方向Yl设置，在其上侧端部设置有使气体(流体)流入的气体流入口 21a。出口流路部22沿垂直方向Yl设置，在其上侧端部设置有使气体流出的气体流出口 22a。测量流路部23沿水平方向设置，将入口流路部21和出口流路部22的侧壁之间连通。在该测量流路部23内，配置有多层流路部3。
[0039]如图2以及图3所示，多层流路部3为方筒状流路。在该多层流路部3内，设置有将内部分隔并相互隔开间隔地配置的六张整流板5。这六张整流板5在与气体流动方向Y2垂直的方向相互隔开间隔地配置。并且，通过这六张整流板5将多层流路部3内部分隔成七层(奇数层)。由整流板5分隔的各层的高度彼此相同。
[0040]另外，多层流路部3设置有一对测量窗31、32。一对测量窗31、32分别设置在多层流路部3的相互对置的一对侧壁33、34上。一对测量窗31、32沿着与多层流路部3的气体流动方向Y2倾斜相交的方向设在相互对置的位置。
[0041]上述超声波传感器41、42是检测多层流路部3中流动的气体的流速的传感器。超声波传感器41、42安装在设置于测量流路部23的一对安装部24、25上。一对安装部24、25沿着与气体流动方向Y2倾斜相交的方向从测量流路部23的侧壁突出。并且，安装部24与设置在多层流路部3的测量窗31连通，安装部25与设置在多层流路部3的测量窗32连通。
[0042]当将超声波传感器41、42安装于上述安装部24、25之后，则一对超声波传感器41、42沿着与多层流路部3的气体流动方向Y2倾斜相交的方向对置。并且，一对超声波传感器41、42夹持着多层流路部3的相互对置的一对侧壁33、34。由此，一对超声波传感器41、42就能够通过测量窗31、32在多层流路部3内发送和接收超声波。另外，上述超声波传感器41、42的中心与由整流板5分隔而成的中央层对置，且被设置为与由整流板5分隔的多个层(本实施方式中约为4.5层)对置的大小。
[0043]接着，参照图4说明本实用新型的气体流量计的效果。需要说明的是，在图4中，为简化图面，设置了两张整流板5，为将多层流路部3内部分隔为三层时的整流板5和超声波传感器41、42的立体图。根据上述实施方式，多张整流板5将多层流路部3内部分隔为奇数层，超声波传感器41、42的中心与由整流板5分隔而成的中央层对置，且被设置为与由整流板5分隔的多个层对置的大小。
[0044]因此，如图4所示，当使用超声波传感器41、42对流路整体进行测量时，超声波传感器41、42的中心不与整流板5对置。由于超声波传感器41、42的输出特性是中心最大，且呈放射状输出，因此未直接传播的超声波一边被反射一边被传播至对置的超声波传感器41、42。通过由整流板5分隔为奇数层，能够确保超声波传感器41、42的信号强度。另外，SP使超声波传感器41、42的安装位置存在偏差，由于该超声波传感器的中心与中央层对置，因此能够减小超声波传感器41、42的安装位置的偏差对测量特性的影响。
[0045]然而，如“【背景技术】”中所述，还希望将用于小型(1.6?6号)气体流量计的直径为IOmm的小型超声波传感器41、42用于大型气体流量计，从而使超声波传感器41、42在小型气体流量计和大型气体流量计中通用。如果希望以流路截面积较小的小型气体流量计对大流量进行测量，则不能满足计量方法所决定的压力损失。为此，大流量测量用大型气体流量计需要比小型气体流量计更大的流路截面积。
[0046]因此，为了能够以小型超声波传感器41、42测量直至较大流量(32m3/h)，在本实施方式中，将多层流路部3的流路宽度设为a=40mm、流路高度设为b=15.4mm、层间隔设为c=2.2mm、层数设为7层。其中，层间隔c不限于2.2mm,优选为2.0mm?2.4mm。另外,流路宽度a:层间隔c的宽高比为18。其中，宽高比不限于18，优选为15?20。
[0047]接着，本实用新型设计人将足以确认上述效果的、根据要求的流量测量范围计算出多层流路部3的截面积，在大致维持计算出的截面积的状态下，改变宽高比时的图1所示的气体流量计I的压力损失、增益(超声波信号的恶化)的测量结果示于图5以及图6。如图5所示，可知存在着随着宽高比的减小(即，随着层间隔c的增大)能够减小压力损失的趋势，宽高比为15?20时，能够将该压力损失抑制在25 [Pa]以下。
[0048]另外，如图6所示，可知存在着随着宽高比的减小(即，随着层间隔c的增大)能够减少增益(减少信号恶化)的趋势，宽高比为15?20时，能够将该增益抑制在40以下。设计人推断，这是由于一旦增大流路宽度a，超声波传感器41、42之间的距离就将增大、信号强度就会降低，以致容易受到噪声的影响。但另一方面，由于超声波传感器41、42之间的距离增加，与流量测量相关的传送时间增大，使分辨率得到提高。
[0049]另外，本实用新型设计人根据要求的流量测量范围计算出多层流路部3的截面积，在大致维持计算出的截面积的状态下，对宽高比变化时的测量流量的偏差进行了测量。由其结果可知:随着宽高比的增大(即，随着层间隔c的减小)，能够抑制测量流量的偏差。设计人推断，这是因为当多层流路部3的流路高度b (图2)增大时，则由整流板5所分隔的各层的高度变大，层内的流路分布很难达到均衡。另外，设计人推断，还因为各层的流速分布的差异变大，容易产生测量误差。
[0050]因此，尽管为了减少压力损失和增益，宽高比最好较小，但是如果宽高比过小，测量流量的偏差增大。如上所述，当宽高比设为15?20、层间隔c设为2.0mm?2.4mm时，能够均衡地将压力损失、增益、测量流量的偏差抑制为较小，能够使用小型超声波传感器41、42对大流量进行测量。[0051]另外，尽管如图3所示，在小型气体流量计中将一方的超声波传感器41、42的对置方向Y3与流动方向Y2所成夹角Θ (下文称作安装角度Θ )设为40度，但在本实施方式中设为45度，缩小了超声波传感器41、42之间的距离。
[0052]超声波气体流量计I中，为了进行稳定的流量测量，需要一定值以上的超声波信号强度。大型气体流量计为了减少成本，需要与小型气体流量计通用地使用相同的测量1C、超声波传感器41、42。
[0053]为使大型气体流量计既能将压力损失保持为一定范围内、又能测量大流量，需要扩大流路截面积，但如果只是如上所述地增大多层流路部3的流路高度b，则层内的流动容易紊乱、难以均匀。另外，基于超声波测量的原理，在三维流动的情况下容易产生误差。
[0054]为此采用了扩大多层流路部3的流路宽度a的手段。这样，就如上所述地增加了超声波传感器41、42的间隔，在与小型气体流量计相同的增益(放大率)的情况下，信号强度变弱，并且测量精度下降。尽管测量IC的增益(放大率)越高越好，但由于这样会接近检测出增益误差的阈值，因此会变得较难检测出增益误差。为此尝试了将安装角度Θ设为比以往更大、缩短超声波传感器41、42的间隔、提高信号强度。尽管安装角度Θ越接近90度，越能缩短超声波传感器41、42的间隔、也越能提升信号强度，但反之也会缩短超声波测量的上升下降的传播时间差，测量精度变差。根据试验结果可知，安装角度Θ为45度时最优，优选为40度?50度。通过将安装角度Θ设置在40度?50度的范围，就能够在不致使测量精度恶化的状态下将增益(放大率)设为适当值。
[0055]通过采用上述结构，就能够使用1.6?6号气体流量计所用的直径为IOmm的小型超声波传感器41、42测量高达32m3/h (10号、16号)的流量。
[0056]此外，尽管在上述实施方式中使用六块整流板5将多层流路部3分隔为七层，但本实用新型不限于此。整流板5只要是能够将多层流路部3分隔为奇数层即可，例如也可以设置为分隔成五层等其它的奇数层。
[0057]另外，上述实施方式中，将多层流路部3设定为:流路宽度a=40mm、流路高度b=15.4mm、安装角度Θ =45度，但本实用新型并不限于此。如果没有将用于小型气体流量计的小型超声波传感器41、42用于大型气体流量计的需求，作为多层流路部3的尺寸，也就无需限定为上述实施方式，安装角度Θ也就不限于45度。
[0058]另外，上述实施方式只不过是本实用新型的代表性实施方式，本实用新型并不限于上述实施方式。即，在不脱离本实用新型的要旨的范围内能够进行各种变形。
【权利要求】
1.一种流量测量装置，具有: 流体流动的流路； 相互隔开间隔配置，以将所述流路的内部分隔成多层的多张整流板；和对向配置的一对超声波振动器，所述一对超声波振动器用于检测所述流路内流动的流体的流速，所述多张整流板定位于所述一对超声波振动器相互之间， 其特征在于， 所述多张整流板以将所述流路的内部分隔为奇数层的方式进行设置， 所述超声波振动器的中心与由所述整流板分隔的所述奇数层中的中央层对置，并且所述超声波振动器被设置为与由所述整流板分隔而成的多层对置的大小。
2.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于， 所述多张整流板将所述流路的内部分隔为7层。
3.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于， 所述多张整流板之间的层间隔为2.0mm?2.4mm。
4.根据权利要求2所述的流量测量装置，其特征在于， 所述多张整流板之间的层间隔为2.0mm?2.4mm。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的流量测量装置，其特征在于， 所述流路的流路宽度a与层间隔c的宽高比为15?20。
6.根据权利要求1?4中任一项所述的流量测量装置，其特征在于， 所述一对超声波振动器的对置方向与流体流动方向所成夹角设置为40度?50度。
7.根据权利要求5所述的流量测量装置，其特征在于， 所述一对超声波振动器的对置方向与流体流动方向所成夹角设置为40度?50度。
【文档编号】G01F1/66GK203657854SQ201320557410
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】牛嶋一博 申请人:矢崎能源系统公司