專利名稱：超聲流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲流量計，用于通過超聲波的使用來測量流體的流量。
上述類型的一種常規超聲流量計例如在日本特許公開No.8-233628中披露。在該超聲流量計中，如圖27A和27B所示，超聲波振蕩器2和3被相互面對地設置在流動通路1的一部分中，該流動通路1是部件4中的矩形。流量計算裝置5利用兩種傳輸時間之間的差對流體的速度進行計算，該兩種傳輸時間是超聲波振蕩器3接收到從超聲波振蕩器2發出的超聲波的傳輸時間和超聲波振蕩器2接收到從超聲波振蕩器3發出的超聲波的傳輸時間。同時，根據流體的雷諾數推斷流動通路1中的流速分布，以獲得矯正系數并從而計算流量。
但是常規超聲流量計有下列問題。被從流動通路內壁反射的反射波的傳輸距離不同于沒有被反射地傳輸的直射波的傳輸距離。因此在反射波和直射波之間產生相位差。由于反射波和直射波的合成波被作為接收的波觀測到，因此接收的波的幅度依賴于反射波和直射波之間的相位差增大或減小，而且其時間段也依賴于所述相位差而變化。這使測量精度以及可測量流量的范圍變窄。
為解決上述問題，本發明包括流量測量部件和一對超聲波振蕩器，它們被構造成使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響減小。
根據上述本發明，由于可減小流動通路的測量部件中反射波的影響，因此可以在一個寬范圍內提高測量精度。
根據本發明第一實施例的超聲流量計包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，流量測量部件和該對超聲波振蕩器被構造成使從流量測量部件的壁反射的反射波對測量結果的影響減小。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
根據本發明第二實施例的用于通過超聲波的使用測量流體的流量的超聲流量計，包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，在直射波和從流量測量部件的壁反射的反射波之間的相位差影響測量結果的構造中，其中所述直射波是指不被流量測量部件的壁反射地在在流量測量部件中流動的流體中傳輸的波，流量測量部件和該對超聲波振蕩器被構造成使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響減小。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
根據本發明第三實施例的用于通過超聲波的使用測量流體的流量的超聲流量計，包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，直射波和從流量測量部件的壁反射的反射波之間的相位差影響測量結果的構造中，其中所述直射波是指在不被流量測量部件的壁反射地在在流量測量部件中流動的流體中傳輸的波，有關該對超聲波振蕩器的頻率、該對超聲波振蕩器之間的距離和流量測量部件的橫截面形狀的參數被組合，并且其中使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響減小。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第四實施例的超聲流量計中，基于第三實施例的超聲流量計，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是沿著通過連接該對超聲波振蕩器的中心和流量測量部件的壁上的一點而形成的等腰三角形的兩個相等側邊傳輸的波，并且由直射波傳輸距離和反射波的傳輸距離之間的差引起的傳輸相位差是3π/2或更大。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第五實施例的超聲流量計中，基于第三實施例的超聲流量計，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是只從流量測量部件的壁反射一次的波，而且該對超聲波振蕩器的有效輻射表面的一邊或直徑短于流量測量部件的高度，從而使反射波的最短傳輸時間長于直射波的傳輸時間。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第六實施例的超聲流量計中，基于第四或第五實施例的超聲流量計，該對超聲波振蕩器的頻率被設置為預定的值或更大。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，并提高時間分辨力，從而獲得更高精度的超聲流量計。
在根據本發明第七實施例的超聲流量計中，基于第三實施例的超聲流量計，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是沿著通過連接該對超聲波振蕩器的中心和流量測量部件的壁上的一點而形成的等腰三角形的兩個相等側邊傳輸的波，并且直射波的傳輸距離和反射波的傳輸距離之間的傳輸相位差是0.2π或更小。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第八實施例的超聲流量計中，基于第七實施例的超聲流量計，超聲流量計還包括至少一個或更多個分隔板，用于將流量測量部件分隔成多個部分。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第九實施例的超聲流量計中，基于第八實施例的超聲流量計，該對超聲波振蕩器的頻率被設置為預定的值或更小。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十實施例的超聲流量計中，基于第一到第五以及第七實施例的任意一個的超聲流量計，流量測量部件的截面形狀是矩形，并且有關流量測量部件的截面形狀的參數是該矩形的高度。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十一實施例的超聲流量計中，基于第一到第五以及第七實施例的任意一個超聲流量計，流量測量部件的截面形狀是圓形，并且有關流量測量部件的截面形狀的參數是該圓形的直徑。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十二實施例的超聲流量計中，基于第一到第五以及第七實施例的任意一個超聲流量計，將該對超聲波振蕩器設置成使連接該對超聲波振蕩器的中心的線按預定方向相對于流量測量部件的橫截面的中心線偏移。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十三實施例的超聲流量計中，基于第十二實施例的超聲流量計，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線相互平行。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十四實施例的超聲流量計中，基于第十二實施例的超聲流量計，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線以預定的角度相交。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十五實施例的超聲流量計中，基于第一或第二實施例的超聲流量計，超聲流量計還包括用于阻止只從流量測量部件的壁反射一次的反射波的產生的構件。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十六實施例的超聲流量計中，基于第十五實施例的超聲流量計，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線以預定的角度相交。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十七實施例的超聲流量計中，基于第一或第二實施例的超聲流量計，超聲流量計還包括至少一個設置在流量測量部件中的構件。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十八實施例的超聲流量計中，基于第十七實施例的超聲流量計，該至少一個構件設置在該對超聲波振蕩器的附近。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第十九實施例的超聲流量計中，基于第十七實施例的超聲流量計，該至少一個構件設置在流量測量部件的壁上。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第二十實施例的超聲流量計中，基于第一或第二實施例的超聲流量計，至少一個或更多個凹入或凸出部設置在流量測量部件的壁上。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第二十一實施例的超聲流量計中，基于第二十實施例的超聲流量計，超聲流量計還包括覆蓋該凹入部的網孔構件。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第二十二實施例的超聲流量計中，基于第一或第二實施例的超聲流量計，將該對超聲波振蕩器設置成使連接該對超聲波振蕩器的中心的線和代表該對超聲波振蕩器的至少一個的方向性的方向以預定的角度相交。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在根據本發明第二十三實施例的超聲流量計中，基于第一到第五以及第七實施例的超聲流量計，超聲流量計還包括調整裝置，用于至少在流量測量部件的上流側調整流動方向。因此，可以使流量測量部件中流動的方向一致化，從而獲得更高精度的超聲流量計。
圖1是根據本發明例1的超聲流量計的結構圖。
圖2是沿上述流量計的a-a’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖3是沿上述流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖4A和4B是示出流量測量部件中超聲波傳輸路徑分布的計算結果的圖。
圖5A和5B是示出所接收的超聲波的計算結果的圖。
圖6是示出流量計的相對接收電壓的特性曲線圖。
圖7是示出流量計的接收電壓的變化的特性曲線圖。
圖8是沿根據本發明例2的超聲流量計的a-a’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖9是沿上述流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖10是示出流量計的相對接收電壓的特性曲線圖。
圖11是示出流量計的接收電壓的變化的特性曲線圖。
圖12是沿根據本發明例3的超聲流量計的a-a’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖13是沿上述流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖14是沿根據本發明例4的超聲流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖15是沿根據本發明例5的超聲流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖16是根據本發明例6的超聲流量計的頂視圖。
圖17是沿上述流量計的c-c’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖18是沿上述流量計的d-d’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖19是沿根據本發明例7的超聲流量計的a-a’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖20是沿上述流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖21是沿根據本發明例8的超聲流量計的a-a’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖22是沿上述流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖23是沿根據本發明例9的超聲流量計的a-a’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖24是沿上述流量計的b-b’線作出的從其一側看去的剖視圖。
圖25是根據本發明例10的超聲流量計的從其頂部看去的剖視圖。
圖26是示出將根據本發明例11的超聲流量計安裝到管道系統上的局部剖視圖。
圖27A和27B是常規超聲流量計的結構圖。
下面，將參照相關附圖以實例的方式描述本發明。在所有附圖中用相同的參考標號代表相同的元件，并省略對相同元件的詳細說明。
(例1)圖1是根據本發明例1的超聲流量計的結構圖。圖2是沿圖1的流動通路6的a-a’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖1，參考標號6代表流動通路，7代表流量測量部件，8和9代表流動通路6的側壁部件，而10和11代表安裝在側壁部件8和9中的超聲波振蕩器。參考標號12代表與超聲波振蕩器10和11連接的測量部件，而13代表與測量部件12連接的計算部件。參看圖2，參考標號14代表流動通路6的下板部件，15代表固定到側壁部件8和9上的上板部件。流量測量部件7的截面形狀是寬度為W0和高度為H0的矩形。
下面將參照圖1和2描述制成具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。構成流動通路6的側壁部件8和9、下板部件14和上板部件15由與目標流體接觸時不會起化學變化的材料制成。在本例中，由于例如將空氣用做目標流體，因而選擇ABS樹脂作為該材料。借助于密封物將上板部件15固定到側壁部件8和9的端面上，從而構成其橫截面形狀是矩形的流量測量部件7。借助于密封物將超聲波振蕩器10和11緊固到在側壁部件8、9中設置的固定件10a、11a上，以使其發射和接收表面相互面對。
下面描述具有上述構造的超聲流量計的工作。用L代表連接超聲波振蕩器10和超聲波振蕩器11的中心的線的長度，并用θ代表上述線相對于作為流動方向的流量測量部件7的縱向的角度。同時，用C代表在處于無風狀態下的作為目標流體的空氣中的聲速，用V代表空氣在流量測量部件7中的流速。從設置在流動通路6的上流側上的超聲波振蕩器10發射的超聲波斜穿流量測量部件7，從而被設置在其下流側上的超聲波振蕩器11接收。在這種情況下傳輸時間t1用下式表示
之后，超聲波振蕩器的發射和接收功能相互交換，從而超聲波振蕩器11發射超聲波，同時超聲波振蕩器10接收該超聲波。在這種情況下傳輸時間t2用下式表示
當從傳輸時間t1和t2的公式中消去空氣中的聲速C時，獲得下面公式
如果已知L和θ，通過用測量部件12測量t1和t2來獲得流速V。
根據流速V，利用計算部件13通過下面計算來獲得流量QQ＝KSV其中，S代表流量測量部件7的截面面積，而K代表校正系數。
下面將參照圖3描述在按照上述工作原理對流量進行測量的超聲流量計的流量測量部件7中超聲波的傳輸。圖3是沿圖1中所示流動通路6的b-b’線所作的從其一側看去剖視圖。
由于超聲波振蕩器10具有方向性，因此通常所發射的超聲波在擴展的同時在流量測量部件7中傳輸。因此，由超聲波振蕩器11接收的超聲波包括例如在流量測量部件7中沿傳輸路徑17傳輸的直射波，和沿傳輸路徑18傳輸的反射波，在該傳輸路徑18中例如超聲波被從上板部件15的內表面反射一次并被接收。傳輸路徑17和18代表典型的傳輸路徑。還存在沿著除傳輸路徑17以外的路徑傳輸的直射波和沿著除傳輸路徑18以外的路徑傳輸的反射波。例如，還存在被從下板部件14反射并傳輸的反射波，或者在被不止一次，而是兩次或更多次反射后被接收的反射波。結果，由超聲波振蕩器11接收的波被作為直射波和反射波的合成波觀測。如從傳輸路徑17和18顯示出的，直射波的傳輸距離不同于反射波的傳輸距離。傳輸路徑17和傳輸路徑18的傳輸距離之間的差ΔL用下式表示
當通過使用超聲波振蕩器的波長λ將典型傳輸路徑17和18的傳輸距離之間的差轉變成傳輸相位的差Δθ時，獲得下面的公式
因此，在流量測量部件7中傳輸的超聲波中存在傳輸相位差。因此認為所接收的波作為沿所有可能的傳輸路徑傳輸的直射波和反射波的疊加，受由傳輸相位差造成的干涉的影響。
為估算反射波對直射波的影響，對直射波和反射波的傳輸路徑分布以及相應的波形進行計算。在這種計算中，假設超聲波振蕩器10和11的輻射表面的形狀是方形(固定的)，超聲波振蕩器10和11之間的距離是L，并且流量測量部件7由無限擴展的兩個平行板構成。同時還假設目標流體不流動。
圖4A和4B示出當改變高度(H0)以使傳輸路徑17和18之間的傳輸相位差例如是0.7π到2.2π時獲得的由超聲波振蕩器10發射并由超聲波振蕩器11接收的超聲波的傳輸路徑分布的計算結果。實線代表直射波，虛線代表一次反射波，而一-點鏈線代表兩次反射波。圖4A和4B的每一個的橫軸代表各傳輸路徑的傳輸距離，而其縱軸代表每個路徑的相對強度。
由于超聲波振蕩器10和11的形狀是固定的，因此沒有觀察到直射波的傳輸路徑分布的變化。一次反射波的傳輸路徑分布比直射波寬。此外，隨著傳輸相位差更大，分布往往更寬。兩次反射波的傳輸路徑分布又比一次反射波寬。此外，直射波的每個路徑的強度最大時的距離基本等于傳輸路徑17的距離。并且，一次反射波的每個路徑的強度最大時的距離基本等于傳輸路徑18的距離。
圖5A和5B示出通過將超聲波振蕩器10和11的脈沖響應特性分別加入圖4A和4B的計算結果而計算的接收的波的波形。假設超聲波振蕩器10和11的頻率是270kHz。實線代表直射波，虛線代表一次反射波，一-點鏈線代表兩次反射波。傳輸相位差越大，一次反射波的幅度就越小。兩次反射波又比一次反射波小。這是因為典型傳輸路徑17和18之間的傳輸相位差越大，傳輸路徑分布就越寬，而且其斜度也越小，如圖4A和4B所示。當考慮了所有可能的傳輸路徑時，發現傳輸相位差在一個寬的范圍內，并因反射波的相互干涉而被消除。
從圖5A和5B還發現，隨著傳輸相位差越大，反射波的出現往往被直射波晚。
根據上述計算結果，發現可以通過設定高度(H0)以使反射波的傳輸路徑分布變寬或通過設定高度(H0)以使傳輸路徑17和18之間的傳輸相位差變大來減小對直射波的影響。通過使超聲波振蕩器的輻射表面的高度低于高度(H0)可以進一步減小反射波對直射波的影響。
圖6和7示出為證實反射波對直射波的影響而進行的實驗的結果。實驗是在下列條件下使用空氣完成的超聲波振蕩器10和11之間的距離為L；超聲波振蕩器10和11的有效輻射表面是方形；寬度是W0(固定的)；并且高度(H0)被設定成使傳輸路徑17和18之間的傳輸相位差是0.7π到2.2π。超聲波振蕩器10和11的頻率是270kHz。
圖6和7的每一個的橫軸是用公式5計算的直射波的傳輸路徑17和反射波的傳輸路徑18之間的傳輸相位差。在計算中，λ代表在室溫時無氣流條件下獲得的超聲波振蕩器10和11的波長。圖6的縱軸代表當超聲波振蕩器10和11設置在流動通路6中時獲得的接收電壓相對于在將它們設置在開放的空間時的接收電壓的相對接收電壓。測量是在無氣流條件下進行的。圖7的縱軸代表在約為6000升/小時的流量下獲得的接收電壓相對于無氣流情況下獲得的接收電壓的變化。
如從圖6可看到的，當傳輸相位差在約為π到1.4π范圍內時，在無氣流情況下獲得的電壓趨于最低。從圖7所示的由于氣流而引起的接收電壓的變化可看出，對于超聲波振蕩器10作為發射器而超聲波振蕩器11作為接收器的組合情況，當傳輸相位差在約為0.8π到1.2π范圍內時，接收電壓是最低的。相反，對于超聲波振蕩器11作為發射器而超聲波振蕩器10作為接收器的組合情況，接收電壓在上述范圍內是最高的。如果在直射波和反射波之間的疊加中不存在相位影響，則接收電壓的這種增加的現象就不會出現。
對于超聲波振蕩器10作為發射器而超聲波振蕩器11作為接收器的組合以及超聲波振蕩器11作為發射器而超聲波振蕩器10作為接收器的兩種組合情況，當傳輸相位差是3π/2或更多時，接收電壓趨于減小。這被推斷是因為超聲波振蕩器10和11的每個的方向性已由于氣流而被偏轉。
從上述結果，發現對于直射波的傳輸路徑17和反射波的傳輸路徑18之間的傳輸相位差為約0.8π到1.4π范圍內時的高度(H0)，在一個寬的范圍內高精度的流量測量是困難的，因為在此高度時反射波的影響很大。相反，如果超聲波振蕩器10和11的頻率、超聲波振蕩器10和11之間的距離(L)以及高度(H0)適當地組合，使傳輸相位差為約3π/2或更多，則在一個寬范圍上高精度的流量測量和反射波影響的減小是可能的。如果距離(L)和高度(H0)是固定的，則更高精度的流量測量是可能的。這是因為隨著超聲波振蕩器10和11的頻率被設定得更高，可以使傳輸相位差更大。
這樣，根據本發明，在直射波和反射波之間的傳輸相位差對測量結果有影響的超聲流量計中，通過有選擇地組合流量測量部件7的高度(H0)、超聲波振蕩器10和11之間的距離以及其頻率，可以以簡單的結構減小反射波的影響，使得能夠在短時間內在一個寬的范圍上以高精度測量目標流體的流量，從而使傳輸路徑17和傳輸路徑18之間的傳輸相位差為3π/2或更多。此外，由于在流量測量部件7中沒有形成凹入或凸出部，因而不會出現流動的干擾，也不會出現壓力損失的增加。
在例1中，選擇傳輸路徑17和18之間的傳輸相位差在0.7π到2.2π范圍內時的高度(H0)。另一方面，可以選擇傳輸路徑17和18之間的傳輸相位差在2.2π范圍內或更高時的高度(H0)。另外，可以選擇超聲波振蕩器10和11之間的距離(L)或其頻率。
(例2)下面，將參照圖8和9描述根據本發明的例2。
圖8是沿著根據本發明例2的超聲流量計的流動通路6的a-a’線所作的從其一側看去的剖視圖。圖9是沿著流動通路6的b-b’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖8，參考標號8、9、14和15代表側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖2的構造相同。參看圖9，參考標號10和11代表超聲波振蕩器，它們基本上與圖3的構造相同。用于制成具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法和其工作原理基本上與例1的相同，并因此在此省略。
通常，為減小壓力損失，使流量測量部件7的橫截面面積基本上與用于提供目標流體的管的內徑相同，并且在某些情況下，從流速分布的角度考慮希望增大高度(H1)與寬度(W1)的寬高比(W1/H1)。在這種情況下，有時有可能有選擇地將超聲波振蕩器10和11之間的距離(L)、高度(H1)和頻率組合，從而使傳輸路徑19和傳輸路徑20之間的傳輸相位差為3π/2或更大。然后，考慮用于在增大寬高比的同時減小反射波的影響的裝置。
圖10和11示出為證實反射波對直射波的影響而進行的實驗的結果。象在例1中那樣，實驗是在下列條件下使用空氣完成的超聲波振蕩器10和11之間的距離為L；超聲波振蕩器10和11的有效輻射表面是方形；寬度是W1(固定的)；并且高度(H1)被設定成使傳輸路徑19和20之間的傳輸相位差在0.05π到0.7π的范圍內。超聲波振蕩器10和11的頻率是270kHz。
圖10和11的橫軸代表由公式5計算的直射波的傳輸路徑19和反射波的傳輸路徑20之間的傳輸相位差。在計算中，λ代表在室溫時無氣流條件下獲得的超聲波振蕩器10和11的波長。圖10的縱軸代表當超聲波振蕩器10和11設置在流動通路6中時測量的接收電壓相對于在將它們設置在開放的空間時測量的其接收電壓的相對接收電壓。測量是在無氣流條件下進行的。圖11的縱軸代表在約為6000升/小時的流量下獲得的接收電壓相對于無氣流情況下獲得的接收電壓的變化。
如從圖10可看到的，當傳輸相位差越小時，接收電壓也越小。這被認為是因為由于在高度(H1)減小的同時超聲波振蕩器10和11的有效輻射表面是固定的，因此超聲波振蕩器10和11的一部分被下板部件14和上板部件15擋住。
如從圖11可看出的，當傳輸相位差為0.2π或更大時，超聲波振蕩器10作為發射器而超聲波振蕩器11作為接收器的組合與超聲波振蕩器11作為發射器而超聲波振蕩器10作為接收器的組合之間具有不同的變化。相反，當傳輸相位差低于0.2π時，超聲波振蕩器10作為發射器而超聲波振蕩器11作為接收器的組合與超聲波振蕩器11作為發射器而超聲波振蕩器10作為接收器的組合之間的變化基本相等。上述基本相等的變化表明，不管超聲傳輸速度被氣流加速還是減速，在反射波疊加在直射波上時都沒有觀察到相位影響。因此認為反射波對直射波的影響被減小。
從上述結果，發現如果超聲波振蕩器10和11的頻率、超聲波振蕩器10和11之間的距離(L)以及高度(H1)適當地組合，使傳輸路徑19和20之間的傳輸相位差為約0.2π或更小，則可以減小反射波的影響，從而在一個寬范圍上實現高精度流量測量。如果距離(L)和高度(H1)固定，則更高精度的流量測量是可能的。這是因為隨著超聲波振蕩器10和11的頻率被設定得更低，可以使傳輸相位差更小。
在例2中，選擇傳輸路徑19和20之間的傳輸相位差在0.05π到0.7π范圍內時的高度(H1)。另一方面，可以選擇傳輸路徑19和20之間的傳輸相位差是0.05π或更小時的高度(H1)。另外，可以選擇超聲波振蕩器10和11之間的距離(L)或其頻率。
(例3)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例3。
圖12是沿著根據本發明例3的超聲流量計的流動通路6的a-a’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖12，參考標號8、9、14和15代表流動通路6的側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖2的構造相同。與圖2的不同點在于流量測量部件的橫截面被分隔板21a和21b分成三部分，從而形成分流量測量部分22a到22c。
當使高度(H2)與寬度(W2)的寬高比(W2/H2)更大，同時流量測量部件7的橫截面面積基本上與用于提供目標流體的管的內徑相同時，有時難于減小流動通路6的尺寸。為克服這種問題，考慮用于將流量測量部件7的橫截面分成多個部分，從而增大各分流量測量部分的高度與寬度的寬高比的裝置。
首先，將簡要描述用于制造超聲流量計的流動通路6的方法的實例。在高度(H2)與寬度(W2)的寬高比(W2/H2)為5的流量測量部件7中，例如，由厚度為0.2mm的SUS制成的分隔板21a和21b被用粘合劑固定到側壁部件8和9上，使之與下板部件14的內表面平行。在將分隔板21a、21b固定到側壁部件8、9上后，借助于密封劑將上板部件15固定在側壁部件8、9的端面。將各高度(H2a、H2b、H2c)設定成使分流量測量部分(22a、22c)的寬高比為約20，并且分流量測量部分(22b)的寬高比為約17。
選擇超聲波振蕩器10、11之間的距離(L)，使得在分流量測量部分(22b)中傳輸路徑23和傳輸路徑24之間產生約為0.04π的傳輸相位差，并且在分流量測量部分(22a)中傳輸路徑25和傳輸路徑26之間產生約為0.1π的傳輸相位差。假設超聲波振蕩器10、11的有效輻射表面是方形，而且其頻率是270kHz。用于在具有上述構造的超聲流量計中安裝超聲波振蕩器的方法以及其工作原理基本與例1的相同，并因此在此省略。
然后，將利用圖13中所示傳輸路徑23到26描述在分流量測量部分22中超聲波的傳輸。應明白傳輸路徑23到26代表典型的傳輸路徑。與例1中相同，存在其它未示出的傳輸路徑。圖13是沿流動通路6的b-b’線所作的從其一側看去的剖視圖。
在分流量測量部分22b中，直射波沿著如傳輸路徑23這樣的路徑傳輸，而反射波沿著如傳輸路徑24這樣的路徑傳輸，在該路徑24中反射波被分隔板21b反射。同樣，在分流量測量部分22a中，直射波沿著如傳輸路徑25這樣的路徑傳輸，而反射波沿著如傳輸路徑26這樣的路徑傳輸，在該路徑26中反射波被上板部件15反射。由于流量測量部分22c的高度(H2c)被設定成與分流量測量部分22a的高度(H2a)相等，因此直射波與反射波之間的關系基本上與分流量測量部分22a中相同。
超聲波振蕩器11將在分流動通路(H2a、H2b、H2c)中傳輸的所有直射波和反射波的合成波作為接收的波進行觀測。如在例2中那樣，分流量測量部分(22a到22c)被設定成使直射波和反射波之間的傳輸相位差為0.2π或更小。因此，在直射波和反射波的疊加中相位關系不受氣流的影響，由此減小了反射波對直射波的影響。
在下列條件下進行實驗，即象上述構造那樣流量測量部件被分成三部分，并且作為目標流體的空氣以約6000升/小時流動。從實驗結果證實，在超聲波振蕩器10作為發射器而超聲波振蕩器11作為接收器的組合的情況下，變化基本上與在超聲波振蕩器11作為發射器而超聲波振蕩器10作為接收器的組合的情況下的變化相等。
這樣，根據本發明，通過用分隔板將流量測量部件分成多個部分，可以減小反射波的影響。此外，可以實現流動的穩定化，使得目標流體的流量能被在短時間以高精度測量。
在例3中，盡管流量測量部件被分成三部分，但只要可以減小直射波和反射波之間的相位差，流量測量部件也可被分成兩個、四個或更多個。可以適當改變高度值(H2a到H2c)。在本例中，假設超聲波在所有分流量測量部分中傳輸。但是，只要流量測量部件的精度是令人滿意的，超聲波就不一定在所有分測量部分中傳輸。
(例4)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例4。
圖14是沿著根據本發明例4的超聲流量計的流動通路6的b-b’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖14，參考標號8、9、14、15代表流動通路6的側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖3的構造相同。其與圖3的構造的不同在于超聲波振蕩器10、11設置在側壁部件8和9中，使連接超聲波振蕩器10、11的中心的線27和高度(H3)的中心線29相互平行但相互不一致。
為獲得高精度流量計，需要減小反射波的影響。為此目的，考慮產生來自下板部件14的內表面的反射波和來自上板部件15的反射波之間的傳輸相位差。作為用于實現此目的的一個方法，令連接該對超聲波振蕩器的中心的線27從流量測量部件28的高度(H3)的中心線29開始平行的移動，從而使來自下板部件14的內表面的反射波和來自上板部件15的反射波分別以不同的相位到達超聲波振蕩器。
下面將描述形成具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。例如，借助于密封劑將超聲波振蕩器10、11固定到側壁部件8和9上，從而使直射波的傳輸路徑27和從下板部件14反射的反射波的傳輸路徑30之間的傳輸相位差是0.7π，而傳輸路徑27和從上板部件15反射的反射波的傳輸路徑31之間的傳輸相位差是2.2π。借助于密封劑將上板部件15固定到側壁部件8和9的端面上。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀，其頻率和目標流體與例1中的相同。具有上述構造的超聲流量計的工作原理基本上與例1中相同，并因此在此省略。
下面將使用示范性傳輸路徑描述在流量測量部件28中超聲波的傳輸。直射波沿著連接超聲波振蕩器的中心的線27傳輸。反射波具有從下板部件14的內表面反射的傳輸路徑30，和從上板部件15的內表面反射的傳輸路徑31。這種反射波在超聲波振蕩器11的中心附近被接收。所示出的直射波和反射波的傳輸路徑是典型的傳輸路徑。與在例1中一樣，存在其它未示出的傳輸路徑。如果連接中心的線27和中心線29相互一致，則傳輸路徑30和傳輸路徑31的傳輸距離相互相等，不產生傳輸相位差。相反，如果連接中心的線27和中心線29相互不一致，則傳輸路徑30和傳輸路徑31的傳輸距離相互不同，產生傳輸相位差。因此，這些反射波相互干涉和影響，結果反射波對直射波的影響減小。
在上述構造下通過使空氣以約6000升/小時流動而進行的實驗中，證實獲得了基本上與傳輸相位差為2.2π的圖8中所示的相同的結果。
這樣，根據本發明，通過將超聲波振蕩器設置為使連接其中心的線從流量測量部件的高度(H3)的中心線平行地偏移，可以使從下板部件反射的反射波的傳輸相位差不同于從上板部件反射的反射波的傳輸相位差。這使得能夠減小反射波對直射波的影響，并從而能夠在短時間里以高精度測量目標流體的流量。
在例4中，連接超聲波振蕩器的中心的線27從流量測量部件的高度(H3)的中心線29平行地偏移，使直射波的傳輸路徑27和從下板部件14反射的反射波的傳輸路徑30之間的傳輸相位差是0.7π，并且傳輸路徑27和從上板部件15反射的反射波的傳輸路徑31之間的傳輸相位差是2.2π。本發明不限于上述條件，而可以適當地改變上述條件。
(例5)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例5。
圖15是沿著根據本發明例5的超聲流量計的流動通路6的b-b’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖15，參考標號8、9、14、15代表流動通路6的側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖3的構造相同。與圖3的構造的不同在于超聲波振蕩器10、11被設置成傾斜狀態，從而使連接超聲波振蕩器10、11的中心的線32和流量測量部件36的高度(H4)的中心線33以預定角度(θ4)相交。
象例4中那樣，為獲得高精度流量計，需要減小反射波的影響。為達到此目的，考慮產生來自下板部件14的內表面的反射波和來自上板部件15的反射波之間的傳輸相位差。產生本例所選擇的傳輸相位差的一個方法是，將超聲波振蕩器10、11設置成使連接超聲波振蕩器10、11的中心的線32和高度(H4)的中心線33以預定角度(θ4)相交。
下面將描述形成具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。例如，借助于密封劑將超聲波振蕩器10、11固定到側壁部件8、9上，從而使連接超聲波振蕩器10、11的中心的線32相對于高度(H4)的中心線33傾斜約2.5度。然后借助于密封劑將上板部件15固定到側壁部件8、9的端面上。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀，其頻率和目標流體與例1中的相同。具有上述構造的超聲流量計的工作原理基本上與例1中描述的相同，并因此在此省略。
將使用示范性傳輸路徑描述在流量測量部件36中超聲波的傳輸。直射波例如沿著連接中心的線32傳輸。作為反射波的典型傳輸路徑，傳輸路徑34和傳輸路徑35從超聲波振蕩器10的中心附近開始分別沿著朝向下板部件14和上板部件15的方向延伸，以相同的角度相交。所示出的直射波和反射波的傳輸路徑是典型的傳輸路徑。與在例1中一樣，存在其它未示出的傳輸路徑。沿著傳輸路徑34傳輸的超聲波被從下板部件14反射，而沿著傳輸路徑35傳輸的超聲波被從上板部件15反射。由于具有不同的傳輸距離，沿著傳輸路徑34和傳輸路徑35傳輸的反射波產生傳輸相位差。
如果連接中心的線32和中心線33相互一致，則傳輸路徑34和傳輸路徑35的傳輸距離相互相等。這樣不產生傳輸相位差，而且超聲波振蕩器11在其同一位置接收兩種反射波。但是，在本例中，由于連接中心的線32和中心線33相互以2.5度傾斜，因此傳輸路徑34和傳輸路徑35的傳輸距離相互不同，引起傳輸相位差。此外，超聲波振蕩器11在不同的位置接收各反射波。因此，這些反射波相互干涉和影響，結果反射波對直射波的影響減小。
在例5中，連接超聲波振蕩器10、11的中心的線32以約2.5度相對于高度(H4)的中心線33傾斜。本發明不局限于上述條件，而可以使傾斜角度大于或小于2.5度。
(例6)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例6。
圖16是根據本發明例6的超聲流量計的流動通路的頂視圖。圖17是沿圖16中的流動通路的c-c’線所做的從其一側看去的剖視圖。圖18是沿圖16中的流動通路的d-d’線所做的從其一側看去的剖視圖。在這些圖中，參考標號37代表流動通路，38代表流動通路37的上板部件，39代表用于設置在上板部件38上的超聲波振蕩器10的固定件a，40代表流動通路37的下板部件，41代表用于設置在下板部件40上的超聲波振蕩器11的安裝件b，42和43代表流動通路37的側壁部件，而44代表流量測量部件。
為獲得高精度流量計，需要減小反射波的影響。減小反射波中一次反射波的影響尤其重要。在有些情況下，從流速分布來看，需要增大高度(H5)與寬度(W5)的寬高比(W5/H5)。為達到此目的，考慮用于將一對超聲波振蕩器設置在這樣的位置的方法，其中不論流量測量部件44的形狀如何，都不產生在流量測量部件44中只反射一次的反射波。
下面將描述形成具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。構成流動通路37的上板部件38、下板部件40、固定件39、41和側壁部件42、43由相對于目標流體不起化學變化的材料制成。在本例中，由于空氣例如被用做目標流體，選擇ABS樹脂作為該材料。首先，將固定件固定到上板部件38上，使上板部件38的縱軸方向與超聲波振蕩器10的安裝方向d-d’相交的角(θ5)例如為30度。類似地，將固定件41固定到下板部件40上，使下板部件40的縱軸方向與超聲波振蕩器11的安裝方向d-d’相交的角(θ5)為30度。借助于密封物將上板部件38固定到側壁部件42、43的端面上，從而構成其橫截面形狀為矩形的流量測量部件44。然后借助于密封物45、46將超聲波振蕩器10、11固定到固定件39、40上，使連接超聲波振蕩器10、11中心的線47與d-d’橫截面的高度(H5)的中心線的(θ6)交角為30度。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀和其頻率與例1中的基本相同。具有上述構造的超聲流量計的工作原理基本上與例1中描述的基本相同，并因此在此省略。
將使用圖18中所示示范性傳輸路徑47到49描述在流量測量部件44中超聲波的傳輸。傳輸路徑47到49是典型的傳輸路徑。存在其它未示出的傳輸路徑。從超聲波振蕩器10發出的直射波沿著傳輸路徑47向超聲波振蕩器11傳輸。在從超聲波振蕩器10發出的超聲波傳輸時，它們通常會擴展，并因此它們中的一些沿著傳輸路徑48和49傳輸。但是，沿著傳輸路徑48傳輸并被下板部件40反射的超聲波在從流量測量部件44的壁再次反射后絕不會到達超聲波振蕩器11。類似的，沿著傳輸路徑49傳輸并被側壁部件42反射的超聲波在從流量測量部件44的壁再次反射后也絕不會到達超聲波振蕩器11。在按上述位置關系設置的超聲波振蕩器10、11中，只被從流量測量部件44反射一次的反射波不會被超聲波振蕩器11接收。因此，影響直射波的反射波已被反射了兩次或更多次。被反射兩次或更多次的反射波對直射波的影響明顯小于只被反射一次的反射波。這使得能夠減小反射波的影響。
在使用具有上述構造的流量測量部件44，通過使作為目標流體的空氣以約6000升/小時流動而進行的實驗中，證實了與在其中傳輸相位差為2.2π的例1基本相同的結果。從上述結果發現，通過分別在相對于流動通路37的縱軸方向和流量測量部件44的高度(H5)方向形成角度(θ5、θ6)并且不產生一次反射波的位置設置一對超聲波振蕩器10、11，無論流量測量部件44的橫截面尺寸如何，都可以以高精度在一個寬的范圍內測量目標流體的流量。
在例6中，盡管流動通路37的縱軸方向與超聲波振蕩器的安裝方向d-d’的交角(θ5)被設定為30度，并且連接一對超聲波振蕩器的線47與高度(H5)的中心線的交角(θ6)被設定為30度，但本發明不局限于上述條件，也可以使用適當的角度。
(例7)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例7。
圖19是沿著例7的超聲流量計的流動通路6的a-a’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖19，參考標號8、9、14、15代表流動通路6的側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖2的構造相同。與圖2的不同點在于具有沒有將流量測量部件52分成層的尺寸的構件50、51被固定于側壁部件8、9上。
為減小反射波的影響，考慮在流量測量部件52中設置反射板，從而能夠將直射波和反射波之間的傳輸相位差設定為希望的值。
下面描述制造具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。例如，在流量測量部件52中，用粘合劑將由厚度為0.2mm、長度(L6)為7mm的SUS制成的構件50a、50b固定在設置了超聲波振蕩器10的側壁部件8上，使之與下板部件14的內表面平行。類似的，用粘合劑將構件51a、51b固定在設置了超聲波振蕩器11的側壁部件9上。在將構件50和構件51固定到側壁部件8和9上后，借助于密封物將上板部件15固定到側壁部件8和9的端面上。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀、其頻率和目標流體與例1中的相同。將超聲波振蕩器安裝到具有上述構造的超聲流量計上的方法，以及超聲流量計的工作原理基本上與例1中描述的相同，并因此在此省略。
將使用圖20中所示示范性傳輸路徑53和54描述在流量測量部件52中超聲波的傳輸。傳輸路徑53和54是典型的傳輸路徑。與例1中一樣，存在其它未示出的傳輸路徑。圖20是沿著流動通路6的b-b’線所做的從其一側看去的剖視圖。直射波沿著傳輸路徑53傳輸。反射波例如沿著傳輸路徑54傳輸，在該路徑54中反射波被構件50a和隨后被下板部件14重復反射。沿傳輸路徑54傳輸的反射波具有長于只被上板部件15反射一次的反射波的傳輸距離。盡管未示出，但還存在其接收被構件51阻擋的反射波的傳輸路徑。這使得能夠減小反射波對入射波的影響。
如上所述，根據本發明，通過設置各構件，可以將直射波和反射波之間的傳輸相位差設定為希望的值。這使得能夠減小反射波的影響，并在短時間里進行高精度的目標流體的流量的測量。
在例7中，使用了由厚度為0.2mm和長度(L6)為7mm的SUS制成的構件。本發明不局限于上述條件，而是可以使用適當的尺寸和材料。在本例中，構件59、51被固定到側壁部件8、9上。另一方面，這些構件也可以設置在除側壁部件8、9之外的其它位置上。在本例中，使用了總共四個構件。另一方面，可以使用一個或更多個的任意數量的構件。
(例8)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例8。
圖21是沿著例8的超聲流量計的流動通路6的a-a’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖21，參考標號8、9、14、15代表流動通路6的側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖2的構造相同。與圖2的構造的不同在于在下板部件14和上板部件15上設置了沒有將流量測量部件56分成層的構件55a、55b。
為獲得高精度流量計，需要減小反射波的影響。為此目的，考慮在流量測量部件56中提供反射板，以使反射波不容易被接收的方法。
下面描述制造具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。用粘合劑將由厚度為0.2mm、長度(L7)為1mm的SUS制成的構件55a、55b固定在寬度(W7)的中心附近，使之與下板部件14和上板部件15的內表面垂直。在固定構件55后，借助于密封物將上板部件15固定到側壁部件8和9的端面上。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀、其頻率和目標流體與例1中的相同。將超聲波振蕩器安裝到具有上述構造的超聲流量計上的方法，以及超聲流量計的工作原理基本上與例1中描述的相同，并因此在此省略。
將使用圖22中所示示范性傳輸路徑57和58描述在流量測量部件56中超聲波的傳輸。傳輸路徑57和58是典型的傳輸路徑。但是，與例1中一樣，存在其它未示出的傳輸路徑。圖22是沿著流動通路6的b-b’線所做的從其一側看去的剖視圖。從超聲波振蕩器10發出的直射波傳輸并擴展。例如，直射波沿著傳輸路徑57傳輸。擴展的超聲波被上板部件15和下板部件14反射，從而被超聲波振蕩器11作為反射波接收。但通過在上板部件15上設置構件55a，沿傳輸路徑58傳輸的反射波的傳輸例如被構件55a阻擋。因此，沿傳輸路徑58傳輸的反射波不會被超聲波振蕩器11接收。盡管還存在除傳輸路徑58之外的其它反射波的傳輸路徑，但一些反射波的傳輸可以被構件55a和55b阻擋。這使得能夠減小反射波對直射波的影響。
這樣，根據本發明，由于可以用構件阻擋一些反射波的傳輸，因此可以通過適當選擇所設置的構件的位置和數量來減小反射波的影響。這使得能夠在短時間里進行高精度的目標流體的流量的測量。
在例8中，盡管是在寬度(W7)的中心附近設置了由厚度為0.2mm和長度(L7)為1mm的SUS制成的構件55a、55b，但本發明不局限于上述條件，而是可以使用適當的尺寸、位置和材料。在本例中，可以在除下板部件和上板部件之外的位置上設置各構件。在本例中，設置了兩個構件。另一方面，可以使用一個或更多個的任意數量的構件。
(例9)下面，將參照相關附圖描述根據本發明的例9。
圖23是沿著例9的超聲流量計的流動通路6的a-a’線所作的從其一側看去的剖視圖。參看圖23，參考標號8、9、14、15代表流動通路6的側壁部件、下板部件和上板部件，它們基本上與圖2的構造相同。與圖2的構造的不同在于凹入部59形成在下板部件14中，并被網孔構件60所覆蓋。
為在增大流量測量部件61的高度(H8)與寬度(W8)的寬高比(W8 H8)的情況下減小反射波的影響，考慮在流量測量部件61中形成凹入部和覆蓋凹入部以使流動不受凹入部干擾的網孔構件的方法。
下面描述制造具有上述構造的超聲流量計的流動通路的方法的例子。使用鉸刀在寬高比(W8/H8)例如為5的流量測量部件61的下板部件14的中心附近形成凹入部59，從而使傳輸路徑62和傳輸路徑63之間的傳輸相位差為2.2π。將覆蓋凹入部59的網孔構件固定，以防止作為目標流體的空氣流入其中。網孔構件應具有例如為No.100的網孔尺寸，以使超聲波能夠通過。借助于密封物將上板部件15固定到側壁部件8、9的端面上，以使傳輸路徑62和傳輸路徑64之間的傳輸相位差為1.2π。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀、其頻率和目標流體與例1中的相同。將超聲波振蕩器安裝到具有上述構造的超聲流量計上的方法，以及超聲流量計的工作原理基本上與例1中描述的相同，并因此在此省略。
將使用圖24中所示示范性傳輸路徑描述在流量測量部件61中超聲波的傳輸。圖24是沿著流動通路6的b-b’線所做的從其一側看去的剖視圖。直射波沿著傳輸路徑63傳輸。由下板部件14反射的反射波例如沿著傳輸路徑63傳輸，在該路徑63中該反射波被凹入部59的底部反射。由上板部件15反射的反射波例如沿著傳輸路徑64傳輸。盡管傳輸路徑62到64是典型傳輸路徑，但與例1中相同，還存在其它未示出的傳輸路徑。一些反射波被網孔構件60的表面反射，而不穿過網孔構件60。
由于傳輸路徑62和傳輸路徑63之間的傳輸相位差被設定為2.2π，而傳輸路徑62和傳輸路徑64之間的傳輸相位差被設定為1.2π，因此這些反射波的傳輸路徑的分布不同。這導致從下板部件14和上板部件15反射的反射波相互干涉和影響。以這種方式，通過形成下板部件14和上板部件15的不對稱構造，可以減小反射波對直射波的影響。由于網孔構件60覆蓋凹入部59，因此空氣流過流量測量部件61，而不流入凹入部59。因此，氣流不被干擾。另一方面，超聲波可以在包括凹入部59的流量測量部件61中傳輸。
這樣，根據本發明，由于可以通過形成該構件將直射波和反射波之間的傳輸相位差設定為希望的值，因而在一個被測量的流量范圍內獲得了穩定的流量分布。這使得能夠減小反射波的影響，并在短時間里以高精度測量目標流體的流量。
在例9中，形成凹入部59，從而使傳輸路徑62和傳輸路徑63之間的傳輸相位差為2.2π。本發明不局限于上述條件，而是可以使用適當的值。在本例中，形成覆蓋凹入部59的網孔尺寸為No.100的網孔構件60或類似構件。另一方面，除非凹入部59對氣流的影響達到在測量時帶來問題的程度，否則就不需要網孔構件。在本例中，凹入部59形成在下板部件14的中心附近。但只要實現反射波影響的減小，就可以在任何位置形成任何數量的這種凹入部。例如，可以在上板部件15上形成凹入部，或除了凹入部59外，可以形成凸出部。
(例10)下面，參照相關附圖描述根據本發明的例10。
圖25是例10的超聲流量計的流動通路6的從其一側看去的剖視圖。參看圖25，參考標號6代表流動通路，8和9代表流動通路6的側壁部件，它們基本上與圖1的構造相同。與圖1的構造的不同在于超聲波振蕩器10的中心方向66相對于連接超聲波振蕩器10和11的中心的線65向上流偏移角度θ10(約5度)，而超聲波振蕩器11的中心方向67相對于線65向下流偏移角度θ11(約5度)。制成該流動通路的方法，安裝超聲波振蕩器的方法，以及工作原理基本上與例1中的相同，并因此在此省略其說明。超聲波振蕩器10、11之間的距離，其有效輻射表面的形狀、其頻率和目標流體與例1中的相同。
通常，超聲波振蕩器往往朝向其中心方向有強的方向性。因此，在開放的空間里，當超聲波振蕩器10、11被設置成相互面對以與其方向性一致時，則獲得最大的接收電壓。但是，當超聲波在如流動通路6這樣的封閉空間里被發射和接收時，即使是反射波也有較強的方向性，并因此可提供大的接收電壓。這造成對直射波有大的影響。為解決這一問題，將超聲波振蕩器10、11設置成使其中心方向66、67相對于連接其中心的線65以角度θ10、θ11偏移。在這種構造下，盡管直射波的接收電壓減小了，但反射波有較弱的方向性，并且反射波的接收電壓也降低。這樣，減小了反射波的影響。
在超聲波振蕩器10的中心方向66以約5度向下流偏移，并且超聲波振蕩器11的中心方向67以約5度向上流偏移，同時象在例1中那樣使空氣以約6000升/小時流動的條件下進行實驗。結果，獲得與傳輸相位差約為2π的圖7中所示的基本相同的結果。
這樣，根據本發明，通過將超聲波振蕩器設置成使其中心線從連接其中心的線偏移，可以減小反射波對直射波的影響，并可以在短時間里以高精度測量目標流體的流量。
在例10中，中心線66、67相對于連接超聲波振蕩器的中心的線65以5度偏移。本發明不局限于上述條件，而是可以使用適當的角度。在本例中，超聲波振蕩器10、11的中心線向上流和向下流偏移。另一方面，它們可以朝著下板部件和上板部件偏移。此外，可以使用任何方向的組合。
(例11)下面參照相關附圖描述根據本發明的例11。
圖26是說明在管道系統中安裝根據本發明的例11的超聲流量計的局部剖視圖。參看圖26，參考標號10a、11a代表固定件，14、15代表流動通路6的下板部件和上板部件，68代表調整裝置，69代表流量測量部件，70、71代表管。該圖中未示出的流量測量部件69的構造基本上與例1到10的任何一個的構造相同。與例1到10的任何一個的構造的不同在于在流量測量部件69中設置了調整裝置68。調整裝置由鋁蜂窩構件構成，并被用粘合劑固定到下板部件14、上板部件15和側壁部件(未示出)上，從而不會因空氣流而移動。制成超聲流量計的該流動通路的方法，安裝超聲波振蕩器的方法，以及工作原理基本上與例1中的相同，并因此在此省略。
下面將描述調整裝置的工作。在流量測量中，通常，為穩定流速的分布和流動的方向，在流量測量部件的上流側形成與管的直徑相比足夠長(約十倍)的直管部分。由于超聲流量計的尺寸的減小和其安裝位置的限制，難于在流量測量部件69的上流側設置與管的直徑相比足夠長的直管部分。此外，在某些情況下，管70被設置成與流動通路6垂直。在這種構造中，空氣在流量測量部件69中流動，與此同時其流動方向受到干擾，并且這些導致對測量精度的影響。
提供具有蜂窩構件的調整裝置68，以便在從管70流入流量測量部件69時穩定空氣流。使已通過調整裝置68的空氣的流動方向均勻，以便基本使其與下板部件14和上板部件15平行。
這樣，根據本發明，通過將調整裝置68設置在流量測量部件69的上流側，可以使流動方向穩定。通過將調整裝置與例1到10的任意一個中描述的減小反射波影響的裝置組合，可以在短時間里以高精度測量目標流體的流量。
在例11中，將鋁制蜂窩構件用做調整裝置68。但只要可達到調整效果，也可以使用管、網孔構件或板。同時，諸如SUS這樣的金屬、樹脂或復合材料可以用做該材料。在本例中，管70、71與上板部件15垂直地安裝。另一方面，可以將它們安裝于除上板部件15之外的其它部件，或者將它們在該部件上水平地安裝。在本例中，在上流側設置調整裝置68。另一方面，可以在下流側和上流側都設置調整裝置。
在例1到3和例7中，盡管說明了高度(H0、H1、H2、H6)與超聲波振蕩器10、11的高度相等，但超聲波振蕩器10、11的高度也可以小于或大于高度(H0、H1、H2、H6)。
在例1到5和例7到11中，將超聲波振蕩器10、11相對于氣流傾斜地設置在側壁部件8、9中。另一方面，只要可測量流量，就可以將它們設置在除側壁部件8、9以外的位置上，或者將它們與氣流相平行地設置，。如果超聲波振蕩器10、11與氣流相平行地設置，該部件可以是圓形的或橢圓的。
在例1到11中，超聲波振蕩器10、11的有效輻射表面是方形的。本發明并不局限于上述條件，而可以使用圓形、橢圓形或任意多邊形。在上述例子中，超聲波振蕩器10、11的頻率是270kHz。本發明不局限于此，而可以使用高于或低于270kHz的頻率。在上述例子中，流量測量部件的截面是矩形的。本發明不局限于此形狀，而還可以使用通過將矩形的一部分變形獲得的形狀，或者除矩形以外的多邊形。在上述例子中，目標流體是空氣。另一方面，可以使用除空氣以外的氣體，如LP氣體和城市煤氣，或者如水這樣的液體。在上述例子中，將ABS樹脂用做流動通路6的材料。另一方面，只要其相對于目標流體不起化學變化，可以使用任何材料。如果目標流體是LP氣體、城市氣體或類似氣體，可以使用金屬，如SUS和壓鑄鋁。通常，為減小壓力損耗，流量測量部件的橫截面面積基本與用于提供目標流體的管的內徑相同。另一方面，橫截面面積可以按需要更大或更小。根據本發明的超聲流量計可以被用做超聲氣體計，如家用氣體計，和用于測量目標流體的流速的流速計。無需贅述，本發明可以是上述例子的任意組合的構造。
如上所述，根據本發明的第一超聲流量計包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；和計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，這樣構造流量測量部件和該對超聲波振蕩器，使從流量測量部件的壁反射的反射波對測量結果的影響減小。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
用于通過超聲波的使用測量流體的流量的第二超聲流量計包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，在直射波和從流量測量部件的壁反射的反射波之間的相位差影響測量結果的構造中，其中所述直射波是指不被流量測量部件的壁反射地在在流量測量部件中流動的流體中傳輸的的波，流量測量部件和該對超聲波振蕩器被構造成使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響可以被減小。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
用于通過超聲波的使用測量流體的流量的第三超聲流量計，包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，在直射波和從流量測量部件的壁反射的反射波之間的相位差影響測量結果的構造中，其中所述直射波是指不被流量測量部件的壁反射地在在流量測量部件中流動的流體中傳輸的波將有關該對超聲波振蕩器的頻率、該對超聲波振蕩器之間的距離和流量測量部件的橫截面形狀的參數組合，使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響可以被減小。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第四超聲流量計中，基于第三超聲流量計，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是沿著通過連接該對超聲波振蕩器的中心和流量測量部件的壁上的一點而形成的等腰三角形的兩個相等側邊傳輸的波，并且由直射波傳輸距離和反射波的傳輸距離之間的差引起的傳輸相位差是3π/2或更大。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第五超聲流量計中，基于第三超聲流量計，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是只從流量測量部件的壁反射一次的波，而且該對超聲波振蕩器的有效輻射表面的一邊或直徑短于流量測量部件的高度，從而使反射波的最短傳輸時間長于直射波的傳輸時間。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第六超聲流量計中，基于第四或第五超聲流量計，該對超聲波振蕩器的頻率被設定為預定的值或更大。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，并提高時間分辨力，從而獲得更高精度的超聲流量計。
在第七超聲流量計中，基于第三超聲流量計，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是沿著通過連接該對超聲波振蕩器的中心和流量測量部件的壁上的一點而形成的等腰三角形的兩個相等側邊傳輸的波，并且直射波的傳輸距離和反射波的傳輸距離之間差引起的傳輸相位差是0.2π或更小。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第八超聲流量計中，基于第七超聲流量計，超聲流量計還包括至少一個或更多個分隔板，用于將流量測量部件分隔成多個部分。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第九超聲流量計中，基于第八超聲流量計，該對超聲波振蕩器的頻率被設定為預定的值或更小。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十超聲流量計中，基于第一到第五或第七的任意一個超聲流量計，流量測量部件的截面形狀是矩形，并且有關流量測量部件的截面形狀的參數是矩形的高度。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十一超聲流量計中，基于第一到第五或第七的任意一個超聲流量計，流量測量部件的截面形狀是圓形，并且有關流量測量部件的截面形狀的參數是該圓形的直徑。因此，可以以簡單的結構減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十二超聲流量計中，基于第一到第五或第七的超聲流量計，將該對超聲波振蕩器設置成使連接該對超聲波振蕩器的中心的線按預定方向相對于流量測量部件的橫截面的中心線偏移。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十三超聲流量計中，基于第十二超聲流量計，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線相互平行。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十四超聲流量計中，基于第十二超聲流量計，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線以預定的角度相交。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十五超聲流量計中，基于第一或第二超聲流量計，超聲流量計還包括用于阻止只從流量測量部件的壁反射一次的反射波的產生的構件。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十六超聲流量計中，基于第十五超聲流量計，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線以預定的角度相交。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十七超聲流量計中，基于第一或第二超聲流量計，超聲流量計還包括至少一個設置在流量測量部件中的構件。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十八超聲流量計中，基于第十七超聲流量計，該至少一個構件設置在該對超聲波振蕩器的附近。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第十九超聲流量計中，基于第十七超聲流量計，該至少一個或更多個構件設置在流量測量部件的壁上。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第二十超聲流量計中，基于第一或第二超聲流量計，至少一個或更多個凹入或凸出部設置在流量測量部件的壁上。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第二十一超聲流量計中，基于第二十超聲流量計，超聲流量計還包括覆蓋該凹入部的網孔構件。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第二十二超聲流量計中，基于第一到第五或第七的任意一個的超聲流量計，將該對超聲波振蕩器設置成使連接該對超聲波振蕩器的中心的線和代表該對超聲波振蕩器的至少一個的方向性的方向以預定的角度相交。因此，可以減小流量測量部件中反射波的影響，從而獲得高精度的超聲流量計。
在第二十三超聲流量計中，基于第一到第二十二的任意一個的超聲流量計，超聲流量計還包括調整裝置，用于至少在流量測量部件的上流側調整流動的方向。因此，可以使流量測量部件中流動的方向一致化，從而獲得更高精度的超聲流量計。
權利要求
1.用于通過超聲波的使用測量流體的流量的超聲流量計，包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，流量測量部件和該對超聲波振蕩器被構造成使從流量測量部件的壁反射的反射波對測量結果的影響減小。
2.用于通過超聲波的使用測量流體的流量的超聲流量計，包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，在直射波和從流量測量部件的壁反射的反射波之間的相位差影響測量結果的構造中，其中所述直射波是指不被流量測量部件的壁反射地在在流量測量部件中流動的流體中傳輸的波，流量測量部件和該對超聲波振蕩器被構造成使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響減小。
3.用于通過超聲波的使用測量流體的流量的超聲流量計，包括一對超聲波振蕩器；測量部件，用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間；以及計算部件，用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量，其中，在直射波和從流量測量部件的壁反射的反射波之間的相位差影響測量結果的構造中，其中所述直射波是指不被流量測量部件的壁反射地在在流量測量部件中流動的流體中傳輸的波，有關該對超聲波振蕩器的頻率、該對超聲波振蕩器之間的距離和流量測量部件的截面形狀的參數被組合，并且其中使直射波和反射波之間的相位差對測量結果的影響減小。
4.如權利要求3的的超聲流量計，其特征在于，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是沿著通過連接該對超聲波振蕩器的中心和流量測量部件的壁上的一點而形成的等腰三角形的兩個相等側邊傳輸的波，并且由直射波的傳輸距離和反射波的傳輸距離之間的差引起的傳輸相位差是3π/2或更大。
5.如權利要求3的超聲流量計，其特征在于，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是只從流量測量部件的壁反射一次的波，而且該對超聲波振蕩器的有效輻射表面的一邊或直徑短于流量測量部件的高度，從而使反射波的最短傳輸時間長于直射波的傳輸時間。
6.如權利要求4或5的超聲流量計中，其特征在于，該對超聲波振蕩器的頻率被設定為預定的值或更大。
7.如權利要求3的超聲流量計，其特征在于，直射波是沿著連接該對超聲波振蕩器的中心的直線傳輸的波，反射波是沿著通過連接該對超聲波振蕩器的中心和流量測量部件的壁上的一點而形成的等腰三角形的兩個相等側邊傳輸的波，并且由直射波的傳輸距離和反射波的傳輸距離之間的差引起的傳輸相位差是0.2π或更小。
8.權利要求7的超聲流量計，其特征在于，超聲流量計還包括至少一個或更多個分隔板，用于將流量測量部件分隔成多個部分。
9.如權利要求8的超聲流量計，其特征在于，該對超聲波振蕩器的頻率被設定為預定的值或更小。
10.如權利要求1到5和7的任意一個的超聲流量計，其特征在于，流量測量部件的截面形狀是矩形，并且有關流量測量部件的截面形狀的參數是該矩形的高度。
11.如權利要求1到5和7的任意一個的超聲流量計，其特征在于，流量測量部件的截面形狀是圓形，并且有關流量測量部件的截面形狀的參數是該圓形的直徑。
12.如權利要求1到5和7的任意一個的超聲流量計，其特征在于，將該對超聲波振蕩器設置成使連接該對超聲波振蕩器的中心的線按預定方向相對于流量測量部件的橫截面的中心線偏移。
13.如權利要求12的超聲流量計，其特征在于，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線相互平行。
14.如權利要求12的超聲流量計，其特征在于，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線以預定的角度相交。
15.如權利要求1或2的超聲流量計，其特征在于，超聲流量計還包括用于阻止只從流量測量部件的壁反射一次的反射波的產生的構件。
16.如權利要求15的超聲流量計，其特征在于，連接該對超聲波振蕩器的中心的線和在預定方向上的流量測量部件的橫截面的中心線以預定的角度相交。
17.如權利要求1或2的超聲流量計，其特征在于，超聲流量計包括至少一個設置在流量測量部件中的構件。
18.如權利要求17的超聲流量計，其特征在于，該至少一個構件設置在該對超聲波振蕩器的附近。
19.如權利要求17的超聲流量計中，其特征在于，該至少一個構件設置在流量測量部件的壁上。
20.如權利要求1或2的超聲流量計，其特征在于，至少一個或更多個凹入或凸出部設置在流量測量部件的壁上。
21.如權利要求20的超聲流量計，其特征在于，超聲流量計還包括覆蓋該凹入部的網孔構件。
22.如權利要求1或2的超聲流量計，其特征在于，該對超聲波振蕩器被設置成使連接該對超聲波振蕩器的中心的線和代表該對超聲波振蕩器的至少一個的方向性的方向以預定的角度相交。
23.如權利要求1到5和7的任意一個的超聲流量計，其特征在于，超聲流量計還包括調整裝置，用于至少在流量測量部件的上流側調整流動方向。
全文摘要
超聲流量計包括:一對超聲波振蕩器;測量部件,用于測量超聲波在該對超聲波振蕩器之間傳輸的時間;以及計算部件,用于根據來自測量部件的輸出計算在流量測量部件中流動的流體的流量。流量測量部件和該對超聲波振蕩器被構造成使從流量測量部件的壁反射的反射波對測量結果的影響減小。
文檔編號G06F17/30GK1229469SQ98800849
公開日1999年9月22日 申請日期1998年4月16日 優先權日1997年4月18日
發明者足立明久, 中林裕治, 橋本雅彥, 佐藤利春, 巖永茂 申請人:松下電器產業株式會社