超声波流量计的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型提供一种对高频的超声波束高效且稳定地进行收发并且发挥基于高频度的测定次数的优良的测定精度的超声波流量计。对于超声波流量计(100)而言，陶瓷制的圆板状压电元件(141)被层叠并夹设于玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层(142)与硅橡胶制的振动吸收层(143)之间，声阻抗匹配层(142)的厚度(d1)设定为比圆板状压电元件(141)的厚度(d2)薄，振动吸收层(143)的厚度(d3)设定为比圆板状压电元件(141)的厚度(d2)厚，从而声阻抗匹配层(142)朝向直圆管(110)的管路端密封区域(111a)顺利地传播从圆板状压电元件(141)产生的超声波束。
【专利说明】超声波流量计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及如下时间差方式的超声波流量计，该超声波流量计根据从压电元件产生的超声波束从测定导管的上游侧传播至下游侧的时间与从下游侧传播至上游侧的时间的时间差，求出测定导管内的流体速度，在该流体速度上乘以直圆管的剖面积从而求出在直圆管内流动的流量，特别是涉及用于测定在半导体、液晶的制造工序中进行硅晶片的研磨/清洗的装置、液晶制造装置等中使用的各种药液、食品生产线、化工生产线中的原料、储藏、混合工序中处理的药液等液体的超声波流量计。
【背景技术】
[0002]以往，作为时间差方式的超声波流量计，存在有如下超声波流量计，即、具备:由树脂构成的流量检测器主体，其在供流体流通的流通路的一部分形成有包含测量流体的流量的测量流通路的流通路，并且收容有传感器单元；以及一对超声波压电元件，它们配置为夹持测量流通路并且相互对置(例如，专利文献I)。
[0003]而且，该超声波流量检测器中的流量检测器主体的传感器单元由如下部件构成，即、由陶瓷构成的圆板状的超声波压电元件；配置于超声波压电元件的前表面的声匹配层；包围超声波压电元件的侧方以及后方的壳体；橡胶制的O型圈；以及与超声波压电元件连接的氟树脂覆盖的导线。
[0004]先行技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2011 - 38862号公报(特别是权利要求1，参照图1)
[0007]然而，虽然现有的超声波流量检测器中的传感器单元的声匹配层配置于超声波压电元件的前表面，但是存在如下问题:在超声波束通过声匹配层时，声振动被声匹配层吸收从而使信号强度变弱，超声波收发的S/N比劣化从而给流量测定带来妨碍。
[0008]另外，存在如下问题:由于流体在测量流通路的两端弯曲部产生乱流漩涡，并且因该乱流漩涡的动作而给超声波束的传播带来妨碍，所以在信号强度较弱的情况下，超声波收发的S/N比进一步劣化从而使测定精度产生误差。
[0009]还存在如下问题:由于在现有的超声波流量检测器中，至超声波压电元件的声振动进行衰减为止需要相当的时间，并且无法增加超声波束的每单位时间的产生次数，所以超声波束的收发不闻效，无法实现基于闻频度的测定次数的测定精度的提闻。
实用新型内容
[0010]因此，本实用新型是用于解决上述现有技术问题的，S卩、本实用新型的目的在于提供一种对高频的超声波束高效地稳定地进行收发并且发挥基于高频度的测定次数的优良的测定精度的超声波流量计。
[0011]该技术方案I的实用新型是如下时间差方式的超声波流量计，具备:氟树脂制的直圆管，其供被测定流体流通；流入管，其与该直圆管的一端以规定的流入角度连通；流出管，其与上述直圆管的另一端以规定的流出角度连通；一对流入侧测定头以及流出侧测定头，它们在上述直圆管的一端以及另一端分别延伸，并且相互对置；以及陶瓷制的圆板状压电元件，其分别存在于该流入侧测定头以及流出侧测定头的内部，并且沿着上述直圆管的中心轴交替地进行超声波束的收发，根据由上述圆板状压电元件产生的超声波束从上述直圆管的上游侧传播至下游侧的时间与从下游侧传播至上游侧的时间的时间差，求出上述直圆管内的流体速度，在该流体速度上乘以直圆管的剖面积从而求出在直圆管内流动的流量，上述超声波流量计的特征在于，上述陶瓷制的圆板状压电元件，以相对于上述直圆管的中心轴正交的方式被配置，并且被层叠而夹设于面对在上述直圆管的一端以及另一端分别形成的管路端密封区域的玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层与面对上述圆板状压电元件的硅橡胶制的振动吸收层之间，上述声阻抗匹配层的厚度被设定为比上述圆板状压电元件的厚度薄，上述振动吸收层的厚度被设定为比上述圆板状压电元件的厚度厚。
[0012]该技术方案2的实用新型是通过除了具有技术方案I记载的超声波流量计的结构之外，在上述直圆管形成的管路端密封区域的厚度被设定为比上述圆板状压电元件的厚度厚，来解决上述课题的。
[0013]该技术方案3的实用新型是通过除了具有技术方案2记载的超声波流量计的结构之外，使声阻抗匹配层相对于上述直圆管的管路端密封区域紧贴为一体的甘油层被设置于上述直圆管的管路端密封区域与声阻抗匹配层之间，来解决上述课题的。
[0014]该技术方案4的实用新型是通过除了具有技术方案3记载的超声波流量计的结构之外，上述直圆管的管内径以及圆板状压电元件的直径被设定为大致相同，来解决上述课题的。
[0015]该技术方案5的实用新型是通过除了具有技术方案4记载的超声波流量计的结构之外，保持上述圆板状压电元件的周边部的圆筒状保持部件具备被设置于上述流入侧测定头以及流出侧测定头内来允许圆板状压电元件的沿着上述圆板状压电元件的中心轴的声振动的声空洞部，来解决上述课题的。
[0016]该技术方案6的实用新型是通过除了具有技术方案5记载的超声波流量计的结构之外，将朝向上述圆板状压电元件弹力地按压圆筒状保持部件的盖部件被旋装于在上述流入侧测定头以及流出侧测定头形成的开口端部，来解决上述课题的。
[0017]该技术方案7的实用新型是通过除了具有技术方案6记载的超声波流量计的结构之外，上述流入管以及流出管在上述直圆管的一端与另一端从相同方向以字状被配置，并且与上述直圆管连通，来解决上述课题的。
[0018]该技术方案8的实用新型是通过除了具有技术方案6记载的超声波流量计的结构之外，上述流入管以及流出管在上述直圆管的一端与另一端被配置为相互不同，并且与上述直圆管连通，来解决上述课题的。
[0019]该技术方案9的实用新型是通过除了具有技术方案7或者技术方案8记载的超声波流量计的结构之外，在将上述圆板状压电元件形成为厚度为1mm、直径为1mm并且将上述超声波束的频率设定为2MHz的情况下,上述声阻抗匹配层的厚度被设定为0.5mm,并且上述振动吸收层的厚度被设定为4mm，来解决上述课题的。
[0020]【实用新型的效果】
[0021]本实用新型的超声波流量计通过具备供被测定流体流通的氟树脂制的直圆管、与该直圆管的一端以规定的流入角度连通的流入管、与直圆管的另一端以规定的流出角度连通的流出管、在直圆管的一端以及另一端分别延伸并且相互对置的一对流入侧测定头以及流出侧测定头、以及分别存在于上述流入侧测定头以及流出侧测定头的内部并且沿着直圆管的中心轴交替地进行超声波束的收发的陶瓷制的圆板状压电元件，从而不仅能够根据从圆板状压电元件产生的超声波束从直圆管的上游侧传播至下游侧的时间与从下游侧传播至上游侧的时间的时间差，求出直圆管内的流体速度，并且在该流体速度上乘以直圆管的剖面积从而求出在直圆管内流动的流量，而且能够起到以下的特有效果。
[0022]S卩，根据该技术方案I的实用新型的超声波流量计，通过陶瓷制的圆板状压电元件以相对于直圆管的中心轴正交的方式被配置，并且被层叠而夹设于面对在直圆管的一端以及另一端分别形成的管路端密封区域的玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层与面对圆板状压电元件的硅橡胶制的振动吸收层之间，从而声阻抗匹配层阶段性地缓和容易在圆板状压电元件与直圆管的管路端密封区域之间产生的声阻抗的急变，因此声阻抗匹配层能够朝向直圆管的管路端密封区域顺利地传播从圆板状压电元件产生的超声波束，并且由于振动吸收层对圆板状压电元件的声振动在早期进行衰减并吸收，所以能够在流入侧测定头与流出侧测定头的相互间，大幅度地增加超声波束的每单位时间的产生次数，其结果是，能够对超声波束高效且稳定地进行收发，并且能够提高基于测定次数增加的测定平均值的精度。
[0023]而且，通过声阻抗匹配层的厚度被设定为比圆板状压电元件的厚度薄，从而使在声阻抗与圆板状压电元件不同的直圆管的管路端密封区域的漫反射变少并且使波形稳定，因此能够使超声波束的收发稳定化。与此相对，在声阻抗匹配层的厚度比圆板状压电元件的厚度厚的情况下，由于在超声波束通过声阻抗匹配层时，声振动被吸收从而使信号强度变弱，所以超声波收发的S/N比显著劣化从而使测定精度恶化。
[0024]另外，通过振动吸收层的厚度被设定为比圆板状压电元件的厚度厚，从而声振动能够在早期进行收敛来发送接下来的超声波，因此伴随着超声波束的每单位时间的产生次数的测定次数能够大幅度地增加，并且能够显著地提高响应以及测定平均值的精度。与此相对，在振动吸收层的厚度比圆板状压电元件的厚度薄的情况下，由于声振动未在早期进行收敛，从而无法发送接下来的超声波，所以伴随着超声波束的每单位时间的产生次数的测定次数变少，从而使响应以及测定平均值的精度恶化。
[0025]根据该技术方案2的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案I的实用新型起到的效果，而且通过在直圆管形成的管路端密封区域的厚度被设定为比圆板状压电元件的厚度厚，从而抑制从圆板状压电元件以恒定的按压力而被按压的管路端密封区域的随时间流逝的形态变形，而使圆板状压电元件彼此的相对配置关系长期地维持为在中心轴上与中心轴垂直，并将圆板状压电元件彼此以相互平行地面对的方式配置，且抑制因氟树脂的特性而容易产生的被测定流体的化学物质向管路端密封区域的氟树脂内的浸润，因此能够顺利地确保管路端密封区域中的超声波束的传播，并且能够长期地维持测定精度。与此相对，在直圆管形成的管路端密封区域的厚度比圆板状压电元件的厚度薄的情况下，容易产生从圆板状压电元件以恒定的按压力而被按压的管路端密封区域的随时间流逝的形状变形，并且在长期测量时，被测定流体的化学物质因氟树脂的特性而浸润至管路端密封区域的氟树脂内，因此给管路端密封区域中的超声波束的传播带来障碍，从而使测定精度恶化D
[0026]根据该技术方案3的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案2的实用新型起到的效果，而且通过使声阻抗匹配层相对于直圆管的管路端密封区域紧贴为一体的甘油层被设置于声阻抗匹配层与直圆管的管路端密封区域之间，从而消除因直圆管的管路端密封区域与声阻抗匹配层彼此的表面粗糙度而容易产生的相互间的缝隙，因此能够使双方的紧贴度提闻而使超声波束的收发提闻效率。
[0027]根据该技术方案4的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案3的实用新型起到的效果，而且通过直圆管的管内径以及圆板状压电元件的直径被设定为大致相同，从而不会使从圆板状压电元件产生的超声波束，在直圆管内漫反射而充分地保持振幅，进而交替地进行超声波束的收发，因此能够在流入侧测定头与流出侧测定头的相互间，以良好的灵敏度对超声波束进行收发。
[0028]根据该技术方案5的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案4的实用新型起到的效果，而且通过保持圆板状压电元件的周边部的圆筒状保持部件被设置于流入侧测定头以及流出侧测定头内，从而以不会给圆板状压电元件的振动带来妨碍的方式，相对于声阻抗匹配层可靠地定位圆板状压电元件，因此能够长期地进行稳定的流量测量，并且作为流量计，能够发挥优良的耐久性。
[0029]而且，通过圆筒状保持部件具备声空洞部，从而允许圆板状压电元件的声振动并且对其进行增幅，因此能够在流入侧测定头与流出侧测定头的相互间，以良好的灵敏度对超声波束进行发送。
[0030]根据该技术方案6的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案5的实用新型起到的效果，而且通过盖部件被旋装于在流入侧测定头以及流出侧测定头形成的开口端部，从而朝向圆板状压电元件弹力地按压并且可靠地保持圆筒状保持部件，并且根据旋装程度弹力地吸收容易在圆板状压电元件产生的内部应力，因此能够长期地进行稳定的流量测量，并且作为流量计，能够发挥优良的耐久性。
[0031]根据该技术方案7的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案6的实用新型起到的效果，而且通过流入管以及流出管在直圆管的一端与另一端从相同方向以“ - ”字状被配置，从而将计量作业区域的流入管与流出管相对于直圆管的安装空间最小化，因此还能够容易地避免与其他周边设备的设置干扰，并且能够发挥优良的操作性。
[0032]根据该技术方案8的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案6的实用新型起到的效果，而且通过流入管以及流出管在直圆管的一端与另一端被配置为彼此不同，从而即使在计量作业区域处于任何设置方式，都能够容易地将流入管与流出管中的任一方配置为朝向上方，从而使容易滞留于直圆管内的被测定流体的气泡，容易地从直圆管的一端与另一端中的任一方排出，因此能够以良好的灵敏度，对基于容易在流入侧测定头与流出侧测定头的相互间产生的气泡障碍的超声波束进行收发。
[0033]根据该技术方案9的实用新型的超声波流量计，不仅能够起到技术方案7或者技术方案8的实用新型起到的效果之外，而且通过在将圆板状压电元件形成为厚度为1_、直径为1mm并且将超声波束的频率设定为2MHz的情况下，将声阻抗匹配层的厚度设定为0.5_，并且将振动吸收层的厚度设定为4_，从而使声阻抗匹配层抑制圆板状压电元件与管路端密封区域之间的声阻抗的较大的差的影响，从而使稳定的波形传播，因此能够以良好的灵敏度发送超声波束。与此相对，若声阻抗匹配层的厚度比0.5_薄，则声阻抗匹配层的效果变弱，圆板状压电元件与管路端密封区域之间的声阻抗的较大的差的影响残留，不会传播稳定的波形，另一方面，若声阻抗匹配层的厚度超过0.5mm,则在超声波束通过声阻抗匹配层时，声振动被声阻抗匹配层吸收，信号强度变弱，超声波收发的S/N比劣化从而使测定精度恶化。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是表示作为本实用新型的第一实施例的超声波流量计的概况的正面剖视图。
[0035]图2是由图1的附图标记2表示的超声波流量计的流入侧的主要部分放大图。
[0036]图3(A)、(B)是表示改变声阻抗匹配层的厚度与圆板状压电元件的厚度的大小关系来比较时接收的超声波的波形的图。
[0037]图4(A)、(B)是表示改变振动吸收层的厚度与圆板状压电元件的厚度的大小关系来比较时接收的超声波的波形的图。
[0038]图5是表示作为本实用新型的第二实施例的超声波流量计的概况的正面剖视图。
[0039]图6是表示作为本实用新型的第三实施例的超声波流量计的概况的正面剖视图。
[0040]图7是表示作为本实用新型的第四实施例的超声波流量计的概况的正面剖视图。
[0041]附图标记的说明:
[0042]100、200、300、400…超声波流量计;110、210、310、410…直圆管；111、211、311、
411----端；llla…管路端密封区域；112、212、312、412…另一端;120、220、320、420…流入管;130、230、330、430…流出管;140、240、340、440…流入侧测定头；141…圆板状压电元件；141a…周边部；142…声阻抗匹配层；143…振动吸收层；144…甘油层；145…开口端部；146…圆筒状保持部件；147…基板;148…O型圈;149…盖部件；150、250、350、450…流出侧测定头；0.中心轴；dL...声阻抗匹配层的厚度；d2…圆板状压电元件的厚度；d3…振动吸收层的厚度；d4…管路端密封区域的厚度山…导线；rL...直圆管的管内径；r2…圆板状压电兀件的直径；S…声空洞部。
【具体实施方式】
[0043]本实用新型的超声波流量计是如下超声波流量计即可，其具体方式任何均可，SP，上述超声波流量计是如下时间差方式的超声波流量计，该超声波流量计具备:氟树脂制的直圆管，其供被测定流体流通；流入管，其与该直圆管的一端以规定的流入角度连通；流出管，其与直圆管的另一端以规定的流出角度连通；一对流入侧测定头以及流出侧测定头，它们在直圆管的一端以及另一端分别延伸并且相互对置；以及陶瓷制的圆板状压电元件，其分别存在于上述流入侧测定头以及流出侧测定头的内部，并且沿着上述直圆管的中心轴，交替地进行超声波束的收发，超声波流量计并且根据从圆板状压电元件产生的超声波束从直圆管的上游侧传播至下游侧的时间与从下游侧传播至上游侧的时间的时间差，求出直圆管内的流体速度，在该流体速度上乘以直圆管的剖面积从而求出在直圆管内流动的流量，在上述超声波流量计中，陶瓷制的圆板状压电元件以相对于直圆管的中心轴正交的方式配置，并且被层叠并夹设于面对在直圆管的一端以及另一端分别形成的管路端密封区域的玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层与面对上述圆板状压电元件的硅橡胶制的振动吸收层之间，声阻抗匹配层的厚度设定为比圆板状压电元件的厚度薄，振动吸收层的厚度设定为比圆板状压电元件的厚度厚，高效地稳定地对高频的超声波束进行收发，从而发挥基于高频度的测定次数的优良的测定精度。
[0044]S卩，针对本实用新型的超声波流量计中的直圆管、流入管以及流出管的具体连通方式，只要是能够设置在直圆管的一端以及另一端分别延伸并且相互对置的一对流入侧测定头以及流出侧测定头的连通方式，任何连通方式均可，例如针对与直圆管的一端连通的流入管的规定的流入角度、与直圆管的另一端连通的流出管的规定的流出角度，只要未在直圆管的一端以及另一端产生过度的乱流漩涡或者产生流通障碍，以30°、45°、90°等连通的任何角度均可，另外，针对流入管与流出管相对于直圆管的配置布局也同样，流入管与流出管在直圆管的一端与另一端从相同方向以“ ”字状配置或者以“Z”字状那样的相互不同的方式配置均可。
[0045]针对本实用新型的超声波流量计所使用的直圆管、流入管以及流出管的具体材质，只要是耐药品性、耐热性、耐久性、透明性、电特性优良的氟类树脂即可，特别是在使用PFA(四氟乙烯?全氟烷基?乙烯基醚共聚合物)的情况下，由于不仅直圆管的成型性优良，而且PFA内的声速比被测定流体的声速延迟，因此能够避免超声波束传递至直圆管等管路而成为噪声源的情况，因此优选。
[0046]针对本实用新型的超声波流量计所使用的声阻抗匹配层的具体材质，只要是能够阶段性地缓和容易在圆板状压电元件与直圆管的管路端密封区域之间产生的声阻抗的急变从而顺利地传播超声波束的材质即可，例如更加优选以成为圆板状压电元件与直圆管彼此的密度的中间程度的密度的方式，在使环氧树脂浸入玻璃纤维布时混入较小的气泡而对密度进行了调整的玻璃环氧树脂等。
[0047]另外，作为本实用新型的超声波流量计所测量的被测定流体，例如是在半导体、液晶的制造工序中进行硅晶片的研磨/清洗的装置、液晶制造装置中使用的各种药液、食品生产线、化工生产线中的原料、储藏、混合工序中处理的药液等液体。
[0048]【实施例1】
[0049]以下，基于图1?图4对作为本实用新型的第一实施例的超声波流量计100进行说明。
[0050]这里，图1是表示作为第一实施例的超声波流量计100的概况的正面剖视图，图2是由图1的附图标记2表示的超声波流量计100的流入侧的主要部分放大图，图3 (A)是表示声阻抗匹配层142的厚度dl比圆板状压电元件141的厚度d2薄时通过圆板状压电元件141而被接收的超声波的波形的图，图3(B)是表示声阻抗匹配层142的厚度dl比圆板状压电元件141的厚度d2厚时通过圆板状压电元件141而被接收的超声波的波形的图，图4(A)是表示振动吸收层143的厚度d3比圆板状压电元件141的厚度d2厚时通过圆板状压电元件141而被接收的超声波的波形的图，图4(B)是表示振动吸收层143的厚度d3比圆板状压电元件141的厚度d2薄时通过圆板状压电元件141而被接收的超声波的波形的图。
[0051]如图1所示，作为本实用新型的第一实施例的超声波流量计100具备由PFA构成的氟树脂制的直圆管110、由PFA构成的氟树脂制的流入管120、由PFA构成的流出管130、一对流入侧测定头140和流出侧测定头150以及也被称为压电元件的陶瓷制的圆板状压电元件141。
[0052]其中，直圆管110设置为供作为被测定流体的一个例子的液体流通。
[0053]另外，流入管120配设为与直圆管110的一端111以规定的流入角度连通。
[0054]同样地，流出管130配设为与直圆管110的另一端112以规定的流出角度连通。
[0055]在本实施例中，流入管120与直圆管110的一端111以90度连通，流出管130也从与流入管120相同一侧，与直圆管110的另一端112以90度连通，直圆管110、流入管120以及流出管130配置为“ - ”字状。
[0056]另外，直圆管110、流入管120以及流出管130由氟树脂一体成型。
[0057]一对流入侧测定头140以及流出侧测定头150配设为在直圆管110的一端111以及另一端112分别延伸并且相互对置。
[0058]另外，流入侧测定头140以及流出侧测定头150也与直圆管110、流入管120以及流出管130 —体成型，并且由成型性优良的PFA构成。
[0059]圆板状压电元件141设置为分别存在于流入侧测定头140以及流出侧测定头150的内部，并且沿着直圆管110的中心轴C，交替地进行超声波束的收发。
[0060]而且，超声波流量计100构成为，通过与流入侧测定头140以及流出侧测定头150电连接的未图示的变换器等运算部，根据从圆板状压电元件141产生的超声波束从直圆管110的上游侧传播至下游侧的时间与从下游侧传播至上游侧的时间的时间差，求出直圆管110内的液体速度，并且在该液体速度上乘以直圆管110的剖面积，从而求出在直圆管110内流动的被测定液体的流量。
[0061]在本实施例中，由于流入侧测定头140的结构以及流出侧测定头150的结构相同，所以使用图2对流入侧测定头140的结构进行说明，省略流出侧测定头150的结构的详细说明。
[0062]如图2所示，在流入侧测定头140的内部设置有陶瓷制的圆板状压电元件141、玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层142、硅橡胶制的振动吸收层143、甘油层144、氟树脂制的圆筒状保持部件146、基板147以及橡胶制的O型圈148，并且在形成于流入侧测定头140的开口端部145旋装有盖部件149。
[0063]圆板状压电元件141以相对于直圆管110的中心轴C正交的方式被配置，并且作为发送侧圆板状压电元件141，通过从基板147经由导线L送来的电信号(电压)，以弯曲共振频率振动从而对超声波束进行发送。另一方面，构成为作为接收侧圆板状压电元件141，接收从发送侧圆板状压电元件送来的超声波束从而进行振动，并且经由导线L将电信号(电压)送向基板147。
[0064]声阻抗匹配层142面对在直圆管110的一端111形成的管路端密封区域111a，并且被配设于管路端密封区域Illa与圆板状压电元件141之间。
[0065]声阻抗匹配层142的声阻抗设定于管路端密封区域Illa的声阻抗与圆板状压电元件141的声阻抗之间。
[0066]总之，声阻抗匹配层142是以使从圆板状压电元件141发送的超声波束良好地透过管路端密封区域111a，以成为圆板状压电元件141的密度与管路端密封区域11 Ia的密度的中间密度的方式，使小气泡混入玻璃从而进行了密度调整的较薄的层，并且用于缓和圆板状压电元件141与管路端密封区域Illa之间的声阻抗的急变。
[0067]振动吸收层143被配设于圆板状压电元件141的声阻抗匹配层142侧的相反侧。振动吸收层143具有粘弹性，并且设置为用于早期阻止振动。另外，振动吸收层143还具有覆盖圆板状压电元件141从而防止由空气、水分引起的圆板状压电元件141劣化的作用。
[0068]甘油层144由涂于管路端密封区域Illa与声阻抗匹配层142之间的甘油形成。
[0069]圆筒状保持部件146在内部保持基板147，并且前端与圆板状压电元件141的周边部141a抵接。
[0070]O型圈148被配设于圆筒状保持部件146与盖部件149之间。O型圈148是用于将对圆板状压电元件141的按压力保持为规定大小的缓冲材料。
[0071]为了持续按压O型圈148，盖部件149具有螺纹构造。
[0072]构成为通过相对于在流入侧测定头140形成的开口端部145对盖部件149进行旋装来调整按压力。
[0073]在本实施例中，如上述所述，陶瓷制的圆板状压电元件141以相对于直圆管110的中心轴C正交的方式配置，并且被层叠并夹设于面对在直圆管110的一端111形成的管路端密封区域Illa的玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层142与面对圆板状压电元件141的硅橡胶制的振动吸收层143之间。
[0074]由此，声阻抗匹配层142阶段性地缓和容易在圆板状压电元件141与直圆管110的管路端密封区域Illa之间产生的声阻抗的急变。
[0075]另外，振动吸收层143在早期使圆板状压电元件141的声振动衰减并将其吸收。
[0076]并且，声阻抗匹配层142的厚度dl( S卩，厚度为0.5mm)设定为比圆板状压电元件141的厚度d2(即，厚度为Imm)薄。
[0077]由此，如图3(A)所示，在声阻抗与圆板状压电元件141不同的直圆管110的管路端密封区域Illa的漫反射变少，并且圆板状压电元件141接收时的波形以完美的纺锤形稳定。
[0078]总之，由于能够使信号强度为足够强度，使超声波收发的S/N比为足够高度，并且能够使测定精度提高，所以在为在被测定液体的流路上有乱流漩涡产生类型的超声波流量计100的情况下，特别有效。
[0079]这里，图3㈧的横轴将发送侧的圆板状压电元件141发送了超声波束时的时间表示为0，纵轴表示通过接收侧的圆板状压电元件141接收了超声波束而产生的电信号(电压)的大小。
[0080]另外，“完美的纺锤形”的波形是指如图3(A)所示的波形那样，振动的振幅单调地增加从而到达峰值，然后单调地衰减，并且表示振幅的变化的线(未图示)为纺锤形的波形。
[0081 ] 优选振幅的变化尽可能快地增加，并且尽可能快地衰减。
[0082]这是因为通过使接收侧的圆板状压电元件141接收到超声波束时的波为“完美的纺锤形”，从而能够基于波形的峰值时的时间、电压为规定以上的时间段的中心的时间等，高精度地测定从发送侧的圆板状压电元件141发送超声波束开始至接收侧的圆板状压电元件141接收到超声波束的瞬间为止的时间，其结果是，能够提高流量测定的精度。
[0083]与此相对，作为参考，在声阻抗匹配层142的厚度dl比圆板状压电元件141的厚度d2厚的情况下，如图3(B)所示，在超声波束通过声阻抗匹配层142时，声振动绝大多数被吸收，从而信号强度变弱，振动的振幅未单调地进行增加/衰减，而成为完全不清楚峰值处于何处的混乱的波形。
[0084]因此，超声波收发的S/N比显著劣化，从而使流量测定精度恶化。
[0085]另外，在本实施例中，振动吸收层143的厚度d3( S卩，厚度为4mm)设定为比圆板状压电元件141的厚度d2( S卩，厚度为Imm)厚。
[0086]由此，如图4(A)所示，能够使声振动在早期收敛，从而对接下来的超声波进行发送。
[0087]与此相对，作为参考，在振动吸收层143的厚度d3比圆板状压电元件141的厚度d2薄的情况下，如图4 (B)所示，由振动吸收层143进行的振动吸收不充分，声振动在早期未收敛，从而无法对接下来的超声波进行发送。
[0088]因此，伴随着超声波束在每单位时间的产生次数的测定次数变少，响应以及测定平均值的精度恶化。
[0089]返回至图2，对其他技术特征进行说明。
[0090]在本实施例中，在直圆管110形成的管路端密封区域Illa的厚度d4(即，厚度为3mm)设定为比圆板状压电元件141的厚度d2 (即，厚度为Imm)厚。
[0091]由此，抑制管路端密封区域Illa的随时间流逝的形态变形而使圆板状压电元件141、141彼此的相对配置关系长期维持为在中心轴上与中心轴垂直，并将圆板状压电元件彼此141、141配置为相互平行地面对且抑制因氟树脂的特性而容易产生的液体的化学物质向管路端密封区域Illa的氟树脂内的浸润。
[0092]与此相对，作为参考，在形成于直圆管110的管路端密封区域Illa的厚度d4比圆板状压电元件141的厚度d2薄的情况下，从圆板状压电元件141通过恒定的按压而被按压的管路端密封区域Illa随着时间的流逝，容易产生形态变形，从而圆板状压电元件彼此的平行度变差，并且在长期计量时，液体的化学物质因氟树脂的特性浸润至管路端密封区域Illa的氟树脂内。
[0093]因此，给管路端密封区域Illa的超声波束的传播带来障碍，从而使测定精度恶化。
[0094]在本实施例中，如上述所述，甘油层144设置于声阻抗匹配层142与直圆管110的管路端密封区域Illa之间。
[0095]而且，甘油层144使声阻抗匹配层142相对于直圆管110的管路端密封区域Illa紧贴为一体。
[0096]由此，消除由直圆管110的管路端密封区域Illa与声阻抗匹配层142彼此的表面粗糙度引起而容易产生的彼此间的缝隙。
[0097]另外，在本实施例中，直圆管110的管内径rl以及圆板状压电元件141的直径r2设定为大致相同。
[0098]这里，“大致相同”是指两者之差不足2_大小。
[0099]由此，从圆板状压电元件141产生的超声波束不会在直圆管110内进行漫反射而是充分地振幅，从而交替地进行超声波束的收发。
[0100]圆筒状保持部件146被设置于流入侧测定头140以及流出侧测定头150内，并且以保持圆板状压电元件141的周边部141a的方式仅与周边部141a抵接。
[0101]由此，以不会给圆板状压电元件141的振动带来妨碍的方式将圆板状压电元件141相对于声阻抗匹配层142可靠地定位。
[0102]并且，圆筒状保持部件146具备声空洞部S。
[0103]由此，圆板状压电元件141的声振动被允许并且进行增幅。
[0104]S卩，圆筒状保持部件146以圆板状压电元件141的中央部进行振动的方式，仅按压圆板状压电元件141的周边部141a。
[0105]盖部件149旋装于流入侧测定头140的开口端部145。
[0106]由此，朝向圆板状压电元件141弹力地按压圆筒状保持部件146，从而可靠地保持圆筒状保持部件146。
[0107]并且，根据旋装程度弹力地吸收容易在圆板状压电元件141产生的内部应力。
[0108]此外，在本实施例中，盖部件149经由弹性变形的O型圈148朝向圆板状压电元件141按压圆筒状保持部件146。
[0109]由此，圆筒状保持部件146与圆板状压电元件141的周边部141a抵接从而使按压该周边部141a的按压力的大小成为适当大小。
[0110]这里，“适当大小”是指未给圆板状压电元件141的振动造成负面影响并且能够对圆板状压电元件141进行定位的按压力的大小。
[0111]流入管120以及流出管130在直圆管110的一端111与另一端112从相同方向以
“二”字状被配置。
[0112]由此，将计量作业区域的流入管120与流出管130相对于直圆管110的安装空间最小化。
[0113]另外，在本实施例中，在将圆板状压电元件141形成为厚度为1mm、直径(r2)为1mm并且将超声波束的频率设定为2MHz的情况下，将声阻抗匹配层142的厚度dl设定为0.5mm,并且将振动吸收层143的厚度d3设定为4mm。
[0114]由此，声阻抗匹配层142抑制圆板状压电元件141与管路端密封区域Illa之间的声阻抗的较大的差的影响，从而使稳定的波形进行传播。
[0115]与此相对，作为参考，在将圆板状压电元件141形成为厚度为1mm、直径(r2)为1mm并且将超声波束的频率设定为2MHz的情况下，若声阻抗匹配层142的厚度dl比0.5mm薄，则声阻抗匹配层142的效果变弱，圆板状压电元件141与管路端密封区域Illa之间的声阻抗的较大的差的影响残留，从而对稳定的波形的传播造成妨碍。另一方面，若声阻抗匹配层142的厚度dl超过0.5mm,则在超声波束通过声阻抗匹配层142时，声振动被声阻抗匹配层142吸收，从而信号强度变弱，超声波收发的S/N比劣化，而使测定精度降低。
[0116]对于这样获得的本实用新型的第一实施例的超声波流量计100而言，陶瓷制的圆板状压电元件141以相对于直圆管110的中心轴C正交的方式被配置，并且被层叠并夹设于面对在直圆管110的一端111以及另一端112分别形成的管路端密封区域(Illa)的玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层142与面对圆板状压电元件141的硅橡胶制的振动吸收层143之间，声阻抗匹配层142的厚度dl设定为比圆板状压电元件141的厚度d2薄，振动吸收层143的厚度d3设定为比圆板状压电元件141的厚度d2厚，从而声阻抗匹配层142能够使从圆板状压电元件141产生的超声波束，顺利地朝向直圆管110的管路端密封区域Illa传播，并且能够在流入侧测定头140与流出侧测定头150的相互间，使超声波束在每单位时间的产生次数大幅度地增加，其结果是，能够高效并且稳定地对超声波束进行收发，从而能够使响应以及测定平均值的精度显著地提高。
[0117]另外，通过将在直圆管110形成的管路端密封区域Illa的厚度d4设定为比圆板状压电元件141的厚度d2厚，能够顺利地确保管路端密封区域Illa的超声波束的传播，并且能够长期地维持测定精度。
[0118]并且，通过将使声阻抗匹配层142相对于直圆管110的管路端密封区域11 Ia紧贴为一体的甘油层144设置于声阻抗匹配层142与直圆管110的管路端密封区域Illa之间，从而能够使双方的紧贴度提闻而使超声波束的收发效率提闻。
[0119]另外，通过将直圆管110的管内径rl以及圆板状压电元件141的直径r2设定为大致相同，从而能够在流入侧测定头140与流出侧测定头150的相互间，以较好的灵敏度对超声波束进行收发。
[0120]并且，通过保持圆板状压电元件141的周边部141a的圆筒状保持部件146具备设置于流入侧测定头140以及流出侧测定头150内并且允许沿着圆板状压电元件141的中心轴C的圆板状压电元件141的声振动的声空洞部S，从而能够长期地进行稳定的流量测量，并且作为流量计，能够发挥优良的耐久性，能够在流入侧测定头140与流出侧测定头150的相互间，以较好的灵敏度发送超声波束。
[0121]另外，通过将盖部件149旋装于在流入侧测定头140以及流出侧测定头150形成的开口端部145，从而能够长期地进行稳定的流量测量，并且作为流量计，能够发挥优良的耐久性。
[0122]并且，通过将流入管120以及流出管130在直圆管110的一端111与另一端112从相同方向以“ 二 ”字状配置，从而还能够避免与其他周边设备的设置干扰，并且能够发挥优良的操作性。
[0123]另外，在将圆板状压电元件141形成为厚度为1mm、直径(r2)为1mm并且将超声波束的频率设定为2MHz的情况下,通过将声阻抗匹配层142的厚度dl设定为0.5mm并且将振动吸收层143的厚度d3设定为4mm，从而能够以较好的灵敏度发送超声波束等，其效果非常大。
[0124]【实施例2】
[0125]接着，基于图5对作为本实用新型的第二实施例的超声波流量计200进行说明。
[0126]这里，图5是表示本实用新型的第二实施例的超声波流量计200的概况的正面剖视图。
[0127]由于第二实施例的超声波流量计200是将第一实施例的超声波流量计100的流出管130相对于直圆管110的配置形成于相反侧的超声波流量计，所以很多构件与第一实施例的超声波流量计100共通，因此针对共通的事项，省略详细说明，仅标注后两位共通的200系列的附图标记。
[0128]在第二实施例的超声波流量计200中，如图5所示，流入管220以及流出管230以在直圆管210的一端211与另一端212相互不同的方式配置。是所谓的Z字形的超声波流量计200。
[0129]由此，即便在计量作业区域处于任何设置方式，都能够容易地将流入管220与流出管230中的任一个配置为朝向上方，从而使容易滞留于直圆管210内的被测定液体内的气泡，容易从直圆管210的一端211与另一端212中的任一端排出。
[0130]对于这样获得的本实用新型的第二实施例的超声波流量计200而言，通过将流入管220以及流出管230配置为在直圆管210的一端211与另一端212相互不同，能够以较好的灵敏度发送基于容易在流入侧测定头240与流出侧测定头250的相互间产生的气泡障碍的超声波束等，其效果非常大。
[0131]【实施例3】
[0132]接着，基于图6对作为本实用新型的第三实施例的超声波流量计300进行说明。
[0133]这里，图6是表示本实用新型的第三实施例的超声波流量计300的概况的正面剖视图。
[0134]由于第三实施例的超声波流量计300是将第一实施例的超声波流量计100的流入管120相对于直圆管110的流入角度以及流出管130相对于直圆管110的流出角度形成为45度的超声波流量计，所以很多构件与第一实施例的超声波流量计100共通，因此针对共通的事项，省略详细说明，仅标注后两位共通的300系列的附图标记。
[0135]在第三实施例的超声波流量计300中，如图6所示，流入管320与直圆管310的一端311以45度连通，流出管330也从与流入管320相同一侧与直圆管310的另一端312以45度连通。
[0136]由此，与流入管以及流出管相对于直圆管以90度连通的情况相比，连通位置的被测定液体能够顺畅地流动，并且被测定液体的乱流漩涡变小，或者能够抑制该乱流漩涡的产生。
[0137]其结果是，能够提高被测定液体的测定精度等，其效果非常大。
[0138]【实施例4】
[0139]接着，基于图7对作为本实用新型的第四实施例的超声波流量计400进行说明。
[0140]这里，图7是表示本实用新型的第四实施例的超声波流量计400的概况的正面剖视图。
[0141]由于第四实施例的超声波流量计400是将第二实施例的超声波流量计200的流入管220相对于直圆管210的流入角度以及流出管230相对于直圆管210的流出角度形成为45度的超声波流量计，所以很多构件与第二实施例的超声波流量计200共通，因此针对共通的事项，省略详细说明，仅标注后两位共通的400系列的附图标记。
[0142]在第四实施例的超声波流量计400中，如图7所示，流入管420与直圆管410的一端411以45度连通，流出管430从与流入管420相反一侧与直圆管410的另一端412以45度连通。
[0143]由此，与流入管以及流出管相对于直圆管以90度连通的情况相比，连通位置的液体能够顺畅地流动，并且液体的乱流漩涡变小，或者能够抑制该乱流漩涡的产生，并且容易将流入管420与流出管430中的任一个配置为朝向上方，使容易滞留于直圆管410内的液体内的气泡，容易从直圆管410的一端411与另一端412中的任一端排出。
[0144]其结果是，能够提高液体的测定精度等，其效果非常大。
【权利要求】
1.一种超声波流量计，其是如下时间差方式的超声波流量计，具备: 氟树脂制的直圆管，其供被测定流体流通； 流入管，其与该直圆管的一端以规定的流入角度连通； 流出管，其与所述直圆管的另一端以规定的流出角度连通； 一对流入侧测定头以及流出侧测定头，它们分别在所述直圆管的一端以及另一端延伸，并且相互对置；以及 陶瓷制的圆板状压电元件，其分别存在于该流入侧测定头以及流出侧测定头的内部，并且沿着所述直圆管的中心轴交替地进行超声波束的收发， 根据由所述圆板状压电元件产生的超声波束从所述直圆管的上游侧传播至下游侧的时间与从下游侧传播至上游侧的时间的时间差，求出所述直圆管内的流体速度， 在该流体速度上乘以直圆管的剖面积从而求出在直圆管内流动的流量， 所述超声波流量计的特征在于， 所述陶瓷制的圆板状压电元件，以相对于所述直圆管的中心轴正交的方式被配置，并且被层叠而夹设于面对在所述直圆管的一端以及另一端分别形成的管路端密封区域的玻璃环氧树脂制的声阻抗匹配层与面对所述圆板状压电元件的硅橡胶制的振动吸收层之间，所述声阻抗匹配层的厚度被设定为比所述圆板状压电元件的厚度薄， 所述振动吸收层的厚度被设定为比所述圆板状压电元件的厚度厚。
2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于， 形成于所述直圆管的管路端密封区域的厚度被设定为比所述圆板状压电元件的厚度厚。
3.根据权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于， 使声阻抗匹配层相对于所述直圆管的管路端密封区域紧贴为一体的甘油层被设置于所述直圆管的管路端密封区域与声阻抗匹配层之间。
4.根据权利要求3所述的超声波流量计，其特征在于， 所述直圆管的管内径以及圆板状压电元件的直径被设定为大致相同。
5.根据权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于， 保持所述圆板状压电元件的周边部的圆筒状保持部件具备被设置于所述流入侧测定头以及流出侧测定头内来允许圆板状压电元件的沿着所述圆板状压电元件的中心轴的声振动的声空洞部。
6.根据权利要求5所述的超声波流量计，其特征在于， 朝向所述圆板状压电元件弹力地按压圆筒状保持部件的盖部件被旋装于在所述流入侧测定头以及流出侧测定头形成的开口端部。
7.根据权利要求6所述的超声波流量计，其特征在于， 所述流入管以及流出管在所述直圆管的一端与另一端从相同方向以字状被配置，并且与所述直圆管连通。
8.根据权利要求6所述的超声波流量计，其特征在于， 所述流入管以及流出管在所述直圆管的一端与另一端被配置为相互不同，并且与所述直圆管连通。
9.根据权利要求7或8所述的超声波流量计，其特征在于， 在将所述圆板状压电元件形成为厚度为1111111、直径为川臟并且将所述超声波束的频率设定为21取的情况下，所述声阻抗匹配层的厚度被设定为0.5皿，并且所述振动吸收层的厚度被设定为4111111。
【文档编号】G01F1/66GK204115788SQ201420508413
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】杉时夫, 高本正树 申请人:东京计装株式会社