超声波流量计测装置制造方法

超声波流量计测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种超声波流量计测装置，具备：计测流路，被计测流体流过该计测流路；以及传感器安装壳体(7)，其具有形成于计测流路的开口部和与开口部连通的传感器安装凹部(10、11)。另外，具备：一对超声波传感器，其配置在传感器安装凹部(10、11)，用于测量被计测流体的流速；以及流量计测部，其根据一对超声波传感器间的超声波的传播时间来检测流量。还具备抑制体(20)，该抑制体(20)设置于开口部，用于抑制被计测流体流入传感器安装凹部(10、11)，其中，抑制体(20)与传感器安装壳体(7)一体地成形。
【专利说明】超声波流量计测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计测气体等的流量的超声波流量计测装置。
【背景技术】
[0002]说明以往的超声波流量计测装置。
[0003]图14是表示以往的超声波流量计测装置100的截面结构的图。
[0004]如图14所示，超声波流量计测装置100具备被计测流体从一侧向另一侧流动的流量测量管121。另外，以夹持流量测量管121而相对置并且相对于中心线倾斜规定角度的方式，在上游侧设置超声波传感器122a，在下游侧设置超声波传感器122b。
[0005]超声波传感器122a、122b配置在设置于流量测量管121的凹部125a、125b。在凹部125a、125b的内部空间设置有大块状的超声波透过构件123a、123b，防止被计测流体进入凹部125a、125b而进行流量计测(例如，参照专利文献I)。
[0006]另外，图15是表示以往的超声波流量计测装置150的其它例的截面结构的图。如图15所示，超声波流量计测装置150也具备安装了超声波传感器122a、122b的凹部125a、125b。在凹部125a、125b中的超声波向流路传出的开口部处配置有抑制构件124a、124b，该抑制构件124a、124b用于限制被计测流体流入传感器侧(例如，参照专利文献2)。
[0007]然而，在上述以往的结构中，设置有超声波透过构件123a、123b、抑制构件124a、124b以抑制被计测流体流入凹部125a，125b。由此，被计测流体在流量测量管121的计测部(超声波的传播路径)以及凹部125a、125b处的乱流变小，计测精度的恶化降低。然而，由于需要其它构件，因此存在由于材料费用、工时增加而成本上升这种问题。
[0008]并且，由于超声波传感器122a、122b中超声波的接收水平下降，因此存在难以减少超声波传感器122a、122b的驱动输入这种问题。因此，如对城市燃气、LPG(Liquefiedpetroleum gas:液化石油气)这种家庭用的燃气进行计量的燃气表那样,在以少量的电池容量持续使用例如10年这种长时间时，还存在难以低电力化这种问题。
[0009]专利文献1:日本特开昭63-26537号公报
[0010]专利文献2:日本特开2004-101542号公报

【发明内容】

[0011]本发明是鉴于上述以往的问题而完成的，提供一种抑制成本上升并且实现测量精度的稳定化和低电力化的超声波流量计测装置。
[0012]本发明的超声波流量计测装置具备:计测流路，被计测流体流过该计测流路；以及传感器安装壳体，其具有形成于计测流路的开口部和与开口部连通的传感器安装凹部。另外，具备:一对超声波传感器，其配置在传感器安装凹部，用于测量被计测流体的流速；以及流量计测部，其根据一对超声波传感器间的超声波的传播时间来检测流量。并且，还具备抑制体，该抑制体设置于开口部，用于抑制被计测流体流入传感器安装凹部，其中，抑制体与传感器安装壳体一体地成形。[0013]根据该结构，在成型传感器安装壳体时用于限制流入传感器安装凹部的抑制体也同时成型，因此不存在设置其它构件而成本上升、安装工时的增加，抑制在传感器安装凹部产生的被计测流体的混乱，能够实现测量精度的稳定化和低电力化。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是表示本发明的实施方式中的超声波流量计测装置的结构的截面图。
[0015]图2是本发明的实施方式中的流量计测单元的截面图。
[0016]图3是用于说明本发明的实施方式中的利用超声波进行的流量计测动作的图。
[0017]图4是表示本发明的实施方式中的流量计测单元的结构的分解立体图。
[0018]图5是表示本发明的实施方式中的对传感器安装壳体进行成型加工的模具的结构的立体图。
[0019]图6是表示本发明的实施方式中的在超声波传播部的开口部不存在抑制体的情况下的被计测流体的流动的流体分析结果的图。
[0020]图7是表示本发明的第一实施方式中的滑动模具的结构的立体图。
[0021]图8是表示本发明的第一实施方式中的传感器安装壳体的结构的立体图。
[0022]图9是表示本发明的第一实施方式中的传感器安装壳体与滑动模具的关系的图。
[0023]图10是表示本发明的第一实施方式中的示出抑制体的效果的流体分析结果的图。
[0024]图11是表示本发明的第二实施方式中的滑动模具的结构的立体图。
[0025]图12是表示本发明的第二实施方式中的传感器安装壳体的结构的立体图。
[0026]图13是表示本发明的第二实施方式中的其它例的超声波流量计测装置的截面结构的图。
[0027]图14是表示以往的超声波流量计测装置的截面结构的图。
[0028]图15是表示以往的超声波流量计测装置的其它例的截面结构的图。
【具体实施方式】
[0029]下面，参照【专利附图】

【附图说明】本发明的实施方式。此外，本发明并不限于这些实施方式。
[0030](第一实施方式)
[0031]图1是表示本发明的实施方式中的超声波流量计测装置50的结构的截面图。图1的空心箭头表示流体(被计测流体)的流动。
[0032]如图1所示，超声波流量计测装置50具备流体供给路径3。流体供给路径3在流路的途中具有切断阀4，该切断阀4包含驱动部4a和与驱动部4a协同的阀体4b，通过阀体4b而打开和关闭，其中，该驱动部4a包含步进电动机等电磁装置。在切断阀4打开的状态下，被计测流体从流体供给路径3流出到计测仪壳体2内部。超声波流量计测装置50具备流过被计测流体的计测流路I。计测流路I构成为截面为长方形等的矩形。充满计测仪壳体2内部的被计测流体从计测流路I的入口侧Ia流入到计测流路1，并且经由与其下游侧Ib相连接的流体流出路径6向计测仪壳体2外部流出。
[0033]此外，将切断阀4设定为在流体流动存在异常时、由测震器(未图示)等检测到地震时等关闭。在切断阀4关闭的状态下，被计测流体不从流体供给路径3流出到计测仪壳体2内部。
[0034]超声波流量计测装置50具备流量计测单元26。图2是本发明的实施方式中的流量计测单元26的截面图。
[0035]在计测流路I的截面呈长方形的情况下，例如其短边侧连接传感器安装壳体7。在传感器安装壳体7，构成流速检测部的一对超声波传感器8、9配置成以使超声波在相对壁52反射的方式来发送和接收超声波。超声波传感器8、9配置在相对于计测流路I倾斜设置的传感器安装凹部10、11。在超声波传感器8、9之间通过传感器安装壳体7的形成于计测流路I的开口部12、13来进行计测流路I内的超声波的传播。在开口部12、13设置有抑制体20(参照图8)，该抑制体20抑制被计测流体流入传感器安装凹部10、11。在后文中说明抑制体20的结构、作用，抑制体20与传感器安装壳体7 —体成型。传感器安装凹部10、11与开口部12、13连通。
[0036]此外，一对超声波传感器8、9的配置并不限定于上述例。只要超声波传感器8、9设置在计测流路I的同一侧面、构成利用了相对侧的壁面处的反射的超声波传播路径即可。由此，计测流路I能够实现小型化。
[0037]通过控制部5(参照图1)进行超声波传感器8、9的驱动、超声波的传播时间的测量和流量的检测，进一步在异常时驱动切断阀4。
[0038]接着，说明使用了超声波流量计测装置50的、利用超声波进行的流量计测动作。图3是用于说明 本发明的实施方式中的利用超声波进行的流量计测动作的图。
[0039]在本实施方式中，为了使一对超声波传感器8、9单元化，在计测流路I的矩形截面的同一面上配置了超声波传感器8、9。
[0040]因此，发送和接收超声波的传播路径成为在相对壁52反射的V字型的传播路径，在配置在上游侧与下游侧的一对超声波传感器8、9之间发送和接收超声波。
[0041 ] 在这种结构中，对从上游侧的超声波传感器8发出的超声波被下游侧的超声波传感器9接收为止的传播时间Tl进行计测。另一方面，对从下游侧的超声波传感器9发出的超声波被上游侧的超声波传感器8接收为止的传播时间T2进行计测。
[0042]根据这样测量得到的传播时间Tl和T2，通过以下运算式，由作为流量计测部发挥功能的控制部5的运算部来计算流量。流量计测部根据一对超声波传感器8、9之间的超声波的传播时间来检测被计测流体的流量。
[0043]将计测流路I的流动方向的被计测流体的流速设为V。另外，如图3所示，当将计测流路I的流动方向与超声波传播路径所形成的角度设为Θ、将超声波传感器8、9之间的超声波传播路径的距离设为2XL、将被测量流体的声速设为C时，通过以下式计算流速V。
[0044]T1=2XL/ (C+Vcos θ )式⑴
[0045]T2=2XL/(C_Vcos θ )式⑵
[0046]在式⑴和式⑵中，通过从Tl的倒数减去T2的倒数的式中消去声速C而得到式⑶。
[0047]V= (2 X L/2cos Θ ) ((1/T1) _ (1/T2))式(3)
[0048]在此，角度Θ和距离L是已知的，因此根据传播时间Tl和T2的值能够计算流速V。考虑测量空气流量的情况，当假设为角度Θ =45度、距离L=35mm、声速C=340m/s、流速V=8m/s时，为Tl=2.0X Kr4秒钟、T2=2.1 X 10-4秒钟，从而能够实现瞬时计测。[0049]此外，超声波传感器8、9之间的超声波传播路径并不限定于上述那样的V字型的传播路径。例如，即使是除此以外的结构的传播路径，如果是横切计测流路I至少一次以上且由于流速变化而超声波的传播时间发生变化的传播路径，也能够计测流速。
[0050]接着，说明本发明的实施方式中的传感器安装壳体7的成型方法。
[0051]图4是表示本发明的实施方式中的流量计测单元26的结构的分解立体图。
[0052]如图4所示，流量计测单元26由传感器安装壳体7和计测流路I这两个成型部件构成。
[0053]图5是表示本发明的实施方式中的对传感器安装壳体7进行成型加工的模具的结构的立体图。
[0054]如图5所示，对传感器安装壳体7进行成型加工的模具由上模14和下模15构成。在上模14形成有滑动模具16、17，该滑动模具16、17用于形成用于安装超声波传感器8、9的凹部。传感器安装凹部10、11和开口部12、13通过滑动模具16、17成型。
[0055]在此，说明本发明的实施方式中的具有抑制体20的超声波流量计测装置50的作用和效果。
[0056]图6是表示本发明的实施方式中的在超声波传播部的开口部12不存在抑制体的情况下的被计测流体的流动的流体分析结果的图。
[0057]如图6所示，在作为超声波传感器8与计测流路I之间的空间的传感器安装凹部10产生大的涡流。在超声波在该部分传播时，超声波由于该涡流而变得混乱，因此计测的传播时间产生误差，难以正确地测量通过计测流路I的流量。
[0058]以往，为了使传感器安装凹部10的部分不产生被计测流体的流动，在从传感器安装凹部10的部分向计测流路I连接的开口部分另外设置有金属丝网等抑制构件。然而，在该方法中，需要安装由其它构件构成的抑制构件，因此从削减成本和削减安装工时的观点出发，强烈要求尽可能避免这种情况。
[0059]使用成型的加工方法来制作本发明的实施方式中的传感器安装壳体7。此时，通过在用于成型传感器安装主体的模具内插入滑动模具16、17这种辅助模，也能够一体地加工用于安装传感器的传感器安装凹部10、11的部分。
[0060]图7是表示本发明的第一实施方式中的滑动模具16、17的结构的立体图。另外，图8是表示本发明的第一实施方式中的传感器安装壳体7的结构的立体图。
[0061]如图7所示，在滑动模具16、17的前端部分具有用于与下模15抵接以形成开口部12,13的平坦部18。平坦部18由与接触开口部12、13的计测流路I的壁面形成同一平面的平面构成。由此，使计测流路I的壁面与开口部12、13的抑制体20—体化，能够使计测流路I内的流动顺畅，能够进行稳定的流量计测。
[0062]另外，在平坦部18，以与计测流路I内的被计测流体的流动垂直的直线状形成多个槽19。另外,槽19的深度方向构成为与一对超声波传感器8、9的超声波放射面垂直的方向。抑制体20通过设置于滑动模具16、17的前端部分的槽19形成。
[0063]由此，如图8所示，在传感器安装壳体7成型时，壳体的结构材料流入到槽19，由此能够在传感器安装凹部10的部分一体地形成用于限制被计测流体流入的抑制体20。另夕卜，极力抑制被计测流体的流入，并且能够减小给超声波传播的衰减带来的影响。
[0064]图9是表不本发明的第一实施方式中的传感器安装壳体7与滑动模具16、17的关系的图。图9表示图8示出的传感器安装壳体7的截面结构与滑动模具16、17的侧面图的关系。如图9所示，通过滑动模具16、17成型，由此能够在传感器安装壳体7的与设置于滑动模具16、17的槽19对应的位置处构成抑制体20。
[0065]图10是表示本发明的第一实施方式中的示出抑制体20的效果的流体分析结果的图。
[0066]如图10所示，与图6示出的不在开口部12设置抑制体20的状态相比，在超声波传感器8的传感器安装凹部10中产生涡流等乱流减少。此外，该抑制体20的作用在超声波传感器9的传感器安装凹部11中也相同。
[0067]如上所述，在本实施方式中，在制作传感器安装壳体7的模具时，仅在滑动模具
16、17形成槽形状就能够抑制被计测流体流入传感器安装凹部10、11的部分，能够提高测量精度。另外，不像以往那样需要其它构件，因此能够实现材料成本降低和工时减少。
[0068](第二实施方式)
[0069]图11是表示本发明的第二实施方式中的滑动模具32的结构的立体图。图12是表示本发明的第二实施方式中的传感器安装壳体7的结构的立体图。
[0070]本实施方式中的超声波流量计测装置50、模具的结构除了滑动模具32的结构以外与第一实施方式相同，因此省略其说明。
[0071]在本实施方式中，如图11所示在滑动模具32的前端部分形成有格子状的槽33。槽33形成于与计测流路I内的流动垂直的方向上，槽33的深度方向构成为与一对超声波传感器8、9的超声波放射面垂直。使成型后的格子状的抑制体34的开口方向与超声波传感器8、9的发送面垂直，由此在开口部12、13产生的涡流等乱流分散得更小，能够更好性能地限制被计测流体的流入。
[0072]使用该滑动模具32，通过与第一实施方式相同的方法成型传感器安装壳体7。由此，能够将图12示出那样的格子状的抑制体34与传感器安装壳体7 —体地形成，能够得到进一步抑制传感器安装凹部10、11部分的被计测流体的混乱的效果。
[0073]在以往那样另外需要金属丝网等流入抑制构件的情况下，计测流路I和传感器安装壳体7这两个部件结构是必须的。然而，在使用各实施方式所说明的成型加工的情况下，不需要设置另外的抑制构件，因此还能够实现传感器安装壳体7和计测流路I的一体加工。也就是说，能够一体地构成传感器安装壳体7和计测流路I。因此，实现安装工时的进一步减少，能够实现成本降低，并且由于能够一体地进行加工，因此不存在安装导致的精度偏差，能够实现更高精度的计测。
[0074]此外，考虑由于计测流路I的结构不同而上述结构的详细规格产生变更的情况。因此，本发明并不限定于上述实施方式。
[0075]图13是表示本发明的第二实施方式中的其它例的超声波流量计测装置54的截面结构的图。
[0076]如图13所示，超声波流量计测装置54具备被计测流体从一侧向另一侧流动的流量测量管21 (计测流路)。另外，以夹持流量测量管21而相对置并且相对于中心线倾斜规定角度的方式，在上游侧设置超声波传感器22a，在下游侧设置超声波传感器22b。
[0077]超声波传感器22a、22b配置在设置于流量测量管21的凹部(传感器安装凹部)25a、25b。在该凹部25a、25b的与流量测量管21接触的开口部，还能够将上述抑制体20,34与流量测量管21 —体地构成。由此，防止被计测流体进入凹部25a、25b，能够进行高精度的流量计测。
[0078]如上所述，根据本实施方式的超声波流量计测装置，将抑制被计测流体流入传感器安装凹部的抑制体在成型加工时与壳体同时形成。因此，能够实现稳定的计测性能、低成本化以及小型化。另外，与使用金属丝网等的以往的抑制构件相比，能够将开口部的开口率构成得大。因此，超声波通过时不容易成为阻碍，也不容易产生发送和接收超声波时灵敏度降低。因此，能够减小超声波传感器的驱动输入，能够实现低电力化。
[0079]产业h的可利用件
[0080]如上所述，根据本发明，能够起到抑制成本上升并且实现测量精度的稳定化和低电力化这种显著的效果。因此，作为以燃气表为代表的对各种流体的流量进行计测的超声波流量计测装置等是有用的。
[0081]附图标记说明
[0082]1:计测流路；la:入口侧；lb:下游侧；2:计测仪壳体；3:流体供给路径；4:切断阀；4a:驱动部；4b:阀体；5:控制部；6:流体流出路径；7:传感器安装壳体；8、9、22a、22b:超声波传感器；10、11:传感器安装凹部；12、13:开口部；14:上模；15:下模；16、17、32:滑动模具;19、33:槽;20、34:抑制体；21:流量测量管；25a、25b:凹部；26:流量计测单元；50,54:超声波流量计测装置；52:相对壁。
【权利要求】
1.一种超声波流量计测装置，具备: 计测流路，被计测流体流过该计测流路； 传感器安装壳体，其具有形成于上述计测流路的开口部和与上述开口部连通的传感器安装凹部； 一对超声波传感器，其配置在上述传感器安装凹部，用于测量上述被计测流体的流速； 流量计测部，其根据上述一对超声波传感器间的超声波的传播时间来检测流量；以及 抑制体，其设置于上述开口部，用于抑制上述被计测流体流入上述传感器安装凹部， 其中，上述抑制体与上述传感器安装壳体一体地成形。
2.根据权利要求1所述的超声波流量计测装置，其特征在于， 上述传感器安装凹部和上述开口部通过滑动模具而成型，上述抑制体通过设置于上述滑动模具的前端部分的槽而形成。
3.根据权利要求1所述的超声波流量计测装置，其特征在于， 在上述滑动模具的前端部分具有与接触上述开口部的上述计测流路的壁面形成同一平面的平面。
4.根据权利要求1所述的超声波流量计测装置，其特征在于， 上述传感器安装壳体和上述计测流路一体地构成。
5.根据权利要求1所述的超声波流量计测装置，其特征在于， 上述一对超声波传感器设置在上述计测流路的同一侧面，构成利用了相对侧的壁面处的反射的超声波传播路径。
6.根据权利要求2所述的超声波流量计测装置，其特征在于， 设置于上述滑动模具的前端部分的上述槽在与上述计测流路内的流动垂直的方向上形成为直线状， 上述槽的深度方向构成为与上述一对超声波传感器的超声波放射面垂直。
7.根据权利要求2所述的超声波流量计测装置，其特征在于， 上述滑动模具的前端的槽呈格子状， 上述槽在与上述计测流路内的流动垂直的方向上形成， 上述槽的深度方向构成为与上述一对超声波传感器的超声波放射面垂直。
【文档编号】G01F1/66GK103459988SQ201280016739
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年4月5日
【发明者】宫田肇, 中野慎, 藤井裕史, 尾崎行则 申请人:松下电器产业株式会社