JP2002365106A

JP2002365106A - 流量測定装置及びクランプオン型超音波流量計

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Publication number: JP2002365106A
Application number: JP2001364923A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Onishi; 一正大西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2002-12-18
Also published as: EP1248081A1; US20020139198A1; US6615674B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定感度の高い流量測定装置を提供するこ
と。【解決手段】管状体の表面に、少なくとも一つの超音
波送受信器を備えたクランプオン型超音波流量計が配置
されてなる流量測定装置であって、超音波送受信器が、
超音波振動子と、該振動子から発生する超音波を該振動
子の平面に垂直な方向に優先的に誘導伝搬させる超音波
伝搬素子とからなる、管状体の中心軸に対して鋭角をな
すように配置された積層体、及び該積層体の超音波伝搬
素子と管状体との間に配置された、２５℃における粘度
が０．５×１０^-3〜３×１０Ｐａ・秒の超音波伝搬材料
層からなり、２５℃における超音波伝搬材料の音波伝搬
速度（Ｖ₁）と管状体の材料の音波伝搬速度（Ｖ₂）と
の比が、０．５＜Ｖ₁／Ｖ₂＜１．７の関係にあること
を特徴とする流量測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量測定装置及び
クランプオン型超音波流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】クランプオン型超音波流量計は、管状体
の表面に配置され、管状体の内部を通過する流体の流量
を測定する流量計である。クランプオン型超音波流量計
は、主に、伝搬時間差式とドップラー式に分類できる。
伝搬時間差式は、管状体の内部を通過する流体の移動方
向を斜めに横切るような経路で超音波を送受信した際
に、超音波の送信から受信までに要する時間、そして前
記の経路を逆向きに超音波を送受信した際に、超音波の
送信から受信までに要する時間を計測して、これらの時
間の差から、流体の流量を算出する測定方法である。

【０００３】一方、ドップラー式では、管状体の内部を
通過する流体の移動方向を斜めに横切るように超音波を
送信し、流体と共に移動する浮遊粒子（あるいは気泡な
ど）に反射された超音波を受信する。流体中に送信され
た超音波の周波数は、浮遊粒子に反射される際に、ドッ
プラー効果により、浮遊粒子の速度に応じて変化する。
ドップラー式は、浮遊粒子と流体の移動速度が同じであ
ると仮定して、送信した超音波の周波数と、受信した超
音波の周波数の値から得られる浮遊粒子の速度（即ち、
流体の移動速度）から、流体の流量を算出する測定方法
である。

【０００４】図１７は、従来のクランプオン型超音波流
量計の一例の構成を示す断面図である。図１７に示すク
ランプオン型超音波流量計は、伝搬時間差式の流量計で
ある。クランプオン型超音波流量計は、一対の超音波送
受信器１ａ及び１ｂから構成される。超音波送受信器１
ａは、超音波振動子２ａと楔形超音波伝搬材３ａから構
成される。楔型超音波伝搬材３ａは、底面４ａと底面４
ａに対して鋭角をなす斜面５ａを備えている。超音波振
動子２ａは、楔型超音波伝搬材３ａの斜面５ａに装着さ
れる。そして、超音波振動子２ａの楔型超音波伝搬材側
の面及びその逆側の面には、超音波振動子２ａに電圧を
印加するための電極とリード線（図示は略する）が備え
られている。同様に、超音波送受信器１ｂは、超音波振
動子２ｂが、楔型超音波伝搬材３ｂの斜面５ｂに装着さ
れた構成を有する。

【０００５】超音波振動子２ａ及び２ｂのそれぞれは、
電極に電圧が印加されると超音波を楔形超音波伝搬材に
付与（送信）し、逆に超音波が付与（受信）されると電
極に電圧を生じる。従って、超音波振動子が備えられた
超音波送受信器１ａ及び１ｂのそれぞれは、超音波の送
信器でもあり、受信器でもある。そして、超音波送受信
器１ａ及び１ｂは、管状体６の内部を通過する流体の移
動方向（図１７に記入した矢印７の示す方向）に対して
斜めに超音波を送受信するように、管状体６の表面に配
置される。図１７に記入した破線９は、超音波の伝搬経
路の一例を意味する。

【０００６】管状体６の内部を通過する流体の流量は、
以下の様にして測定される。先ず、超音波送受信器１ａ
の超音波振動子２ａに電圧パルスを印加して、超音波を
送信する。超音波は、図１７に示す破線９の方向に沿っ
て、楔型超音波伝搬材３ａ、管状体６、流体、管状体
６、そして楔形超音波伝搬材３ｂの順に伝搬して、超音
波送受信器１ｂの超音波振動子２ｂにより受信されて電
圧信号が出力される。超音波送受信器１ａが超音波の送
信を開始してから、超音波送受信器１ｂが超音波を受信
するまでの時間（Ｔ₁）を計測する。次に、超音波送受
信器１ｂの超音波振動子２ｂに電圧パルスを印加して、
前記の伝搬経路を逆向きに超音波を伝搬させ、超音波送
受信器１ａの超音波振動子２ａにより超音波を受信す
る。超音波送受信器１ｂが超音波の送信を開始してか
ら、超音波送受信器１ａが超音波を受信するまでの時間
（Ｔ₂）を計測する。

【０００７】超音波が、超音波送受信器１ａ及び１ｂの
間を伝搬するのに要する時間（Ｔ₁及びＴ₂）は、超音
波の伝搬する方向（図１７に示す矢印９ａ及び９ｂの示
す方向）により異なる値となる。超音波送受信器１ａか
ら超音波送受信器１ｂに（矢印９ａが示す方向に）向か
う超音波は、いわば流体の流れに乗って流体中を伝搬す
るので、伝搬時間（Ｔ₁）は、流体が静止している場合
と比べると短い値となる。一方、超音波送受信器１ｂか
ら超音波送受信器１ａに（矢印９ｂが示す方向に）向か
う超音波は、流体の流れに逆らって流体中を伝搬するの
で、伝搬時間（Ｔ₂）は、流体が静止している場合と比
べると長い値となる。これらの伝搬時間の差（Ｔ₂−Ｔ
₁）は、流体の移動速度と相関があり、この伝搬時間の
差から流体の移動速度が算出される。そして、得られた
流体の移動速度、管状体６の流水断面積などから流体の
流量を算出することができる。

【０００８】そして、従来のクランプオン型超音波流量
計において、超音波送受信器の楔形超音波伝搬材を形成
する材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ステ
ンレスなどの固体材料が用いられている。

【０００９】クランプオン型超音波流量計には、流体に
非接触で流量の測定が可能であるとういう大きな利点が
あることから、その利点を生かすために、流量計の測定
感度をさらに高める検討がされている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】クランプオン型超音波
流量計の流量の測定原理からわかるように、クランプオ
ン型超音波流量計においては、管状体の外周面に超音波
を垂直に入射させると、前記の時間差を生じないため
に、流体の流量を測定することができない。ところが、
流量を測定するために、管状体の外周面において超音波
を斜めに入射させると、超音波を垂直に入射させた場合
と比べて、管状体の外周面における超音波の透過量が低
下する。このような管状体の外周面における超音波の透
過量の低下は、クランプオン型超音波流量計を高感度に
できない原因の一つである。

【００１１】管状体の外周面に超音波を斜めに入射させ
た場合の透過量の低下は、管状体の外周面における超音
波の入射角が大きくなるにつれ、超音波の反射量が大き
くなることが原因である。管状体の外周面における超音
波の反射は、楔型超音波伝搬材と管状体を形成する材料
の音波伝搬速度の差が大きいほど顕著に生ずる。

【００１２】管状体の外周面における超音波の反射量を
小さくするには、楔型超音波伝搬材を、管状体と同じ音
波伝搬速度を示す材料、即ち最も簡便には、管状体と同
一の材料から形成すればよい。ところが、従来のクラン
プオン型超音波流量計では、楔形超音波伝搬材を管状体
と同一の材料から形成した場合でも、超音波流量計の測
定感度は、ある程度以上には高くすることはできない。
これは、楔形超音波伝搬材を管状体と同一の材料から形
成することにより、管状体の外周面における超音波の反
射は抑えられるが、超音波振動子から楔形超音波伝搬材
に付与された超音波が、楔形超音波伝搬材の内部を伝搬
する際に減衰してしまう場合があるからである。このよ
うな超音波の減衰は、楔形超音波伝搬材の内部におい
て、縦波として伝搬する超音波の一部が横波に変換され
たり、超音波が熱エネルギーに変換されたりするために
生じると考えられる。

【００１３】そして、一般に、音波伝搬速度が小さい値
を示す材料から形成された管状体に対して、高感度のク
ランプオン型超音波流量計を設計することは難しい。こ
れは、管状体を形成する音波伝搬速度が小さい値を示す
材料が、超音波の減衰量が大きい材料であった場合に、
管状体と音波伝搬速度が近い値を示し、且つ超音波の減
衰量が小さい楔形超音波伝搬材形成用の材料を探すこと
が難しいためである。管状体を形成する材料（括弧内に
音波伝搬速度の値を示す）の例としては、ステンレスス
チール（約５０００ｍ／秒）、塩化ビニル樹脂（約２２
００ｍ／秒）、もしくはフッ素樹脂（約１２００ｍ／
秒）などが挙げられる。このような管状体を形成する材
料の例のうち、音波伝搬速度が小さく、超音波の減衰量
が大きい材料としては、フッ素樹脂が該当する。

【００１４】本発明の目的は、測定感度の高い流量測定
装置及びクランプオン型超音波流量計を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、超音波送受
信器の管状体に接する面の側に、管状体の音波伝搬速度
と近い値の音波伝搬速度を示し、且つ超音波の減衰量の
小さい材料からなる超音波伝搬材料層を設け、さらに、
超音波振動子から発生する超音波を、超音波伝搬材料層
に垂直に入射させることにより、超音波振動子から送信
された超音波を効率良く管状体の内部に送信できること
を見出した。

【００１６】本発明は、内部を流体が通過する管状体の
表面に、少なくとも一つの超音波送受信器を備えたクラ
ンプオン型超音波流量計が配置されてなる流量測定装置
であって、該超音波送受信器が、超音波振動子と、該振
動子から発生する超音波を該振動子の平面に垂直な方向
に優先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子とからなる、
管状体の中心軸に対して鋭角をなすように配置された積
層体、及び該積層体の超音波伝搬素子と管状体との間に
配置された、２５℃における粘度が０．５×１０^-3〜３
×１０Ｐａ・秒の超音波伝搬材料層からなり、該超音波
伝搬材料の音波伝搬速度と管状体の材料の音波伝搬速度
との比が、０．５＜Ｖ₁／Ｖ₂＜１．７（但し、Ｖ
₁は、超音波伝搬材料の２５℃における超音波伝搬速度
を表わし、Ｖ ₂は、管状体の材料の２５℃における音波
伝搬速度を表す）の関係にあることを特徴とする流量測
定装置にある。

【００１７】本発明の流量測定装置の好ましい態様は、
下記の通りである。（１）超音波伝搬材料が、液体である。（２）超音波伝搬材料が、水、油、グリセリン、水ガラ
ス、ワセリン、もしくはグリースである。

【００１８】なお、本明細書において、材料の「音波伝
搬速度」とは、材料中を縦波として伝搬する音波の伝搬
速度を意味する。

【００１９】本発明はまた、内部を流体が通過する管状
体の表面に、少なくとも一つの超音波送受信器を備えた
クランプオン型超音波流量計が配置されてなる流量測定
装置であって、該超音波送受信器が、超音波振動子と、
該振動子から発生する超音波を該振動子の平面に垂直な
方向に優先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子とからな
る、管状体の中心軸に対して鋭角をなすように配置され
た積層体、及び該積層体の超音波伝搬素子と管状体との
間に配置された、２５℃における針入度が１０〜３００
の超音波伝搬材料層からなり、該超音波伝搬材料の音波
伝搬速度と管状体の材料の音波伝搬速度との比が、０．
５＜Ｖ₁／Ｖ₂＜１．７（但し、Ｖ₁は、超音波伝搬材
料の２５℃における超音波伝搬速度を表わし、Ｖ₂は、
管状体の材料の２５℃における音波伝搬速度を表す）の
関係にあることを特徴とする流量測定装置にもある。

【００２０】上記本発明の流量測定装置の好ましい態様
は、下記の通りである。（１）超音波伝搬材料が、弾性体である。（２）超音波伝搬材料が、高分子ゲルである。（３）超音波伝搬材料が、ポリウレタンゲルもしくはシ
リコーンゲルである。

【００２１】なお、本明細書において、「針入度」の値
は、ＪＩＳＫ２２２０（２００１年）に準じて測定した
値を意味する。また、針入度の測定の際に、測定対象の
試料に加わる荷重は９．３８ｇとする。

【００２２】上記の二つの本発明の流量測定装置の好ま
しい態様は、下記の通りである。（１）超音波伝搬素子が、複数本の互いに平行に配置さ
れた高弾性繊維を樹脂材料で接着固定してなる異方性シ
ートからなる。（２）超音波伝搬素子が、複数本の互いに平行に配置さ
れた高弾性繊維を樹脂材料で接着固定してなる異方性シ
ートを複数枚、隣接する異方性シートの繊維の方向が互
いに直角となるように積層してなる積層体である。（３）高弾性繊維が、５０ＧＰａ以上の長さ方向の引張
弾性率を持つ繊維である。（４）高弾性繊維が炭素繊維である。

【００２３】（５）超音波伝搬材料層が、底面に開口を
有する容器内に収容されている。（６）超音波振動子、超音波伝搬素子、そして超音波伝
搬材料層が共に、底面に開口を有する容器内に収容され
ている。（７）管状体がフッ素含有樹脂から形成されている。

【００２４】本発明はまた、超音波振動子と、該振動子
から発生する超音波を該振動子の平面に垂直な方向に優
先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子とからなる積層
体、及び該積層体の超音波伝搬素子の側に配置された、
２５℃における粘度が０．５×１０^-3〜３×１０Ｐａ・
秒で、２５℃における音波伝搬速度が７００〜２０００
ｍ／秒の範囲にある超音波伝搬材料層からなり、該積層
体が、超音波伝搬材料層の底面に対して鋭角をなすよう
に形成された超音波送受信器にもある。

【００２５】本発明はまた、超音波振動子と、該振動子
から発生する超音波を該振動子の平面に垂直な方向に優
先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子とからなる積層
体、及び該積層体の超音波伝搬素子の側に配置された、
２５℃における針入度が１０〜３００で、２５℃におけ
る音波伝搬速度が７００〜２０００ｍ／秒の範囲にある
超音波伝搬材料層からなり、該積層体が、超音波伝搬材
料層の底面に対して鋭角をなすように形成された超音波
送受信器にもある。

【００２６】これら二つの本発明の超音波送受信器の好
ましい態様は、前記の流量測定装置に用いる超音波送受
信器と同様である。

【００２７】本発明はまた、上記の二つの超音波送受信
器のいずれかが一対、長方形の容器に、それぞれの超音
波送受信器の超音波伝搬材料層が対向するように面対称
に配置されて収容されているクランプオン型超音波流量
計にもある。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の流量測定装置を、添付の
図面を用いて説明する。図１は、本発明の流量測定装置
の一例の構成を示す断面図である。図１に示す本発明の
流量測定装置は、管状体１１の表面に、二つの超音波送
受信器１２を備えたクランプオン型超音波流量計を配置
することにより構成される。管状体１１の内部に、測定
対象の流体を通過させる。本発明の流量測定装置と、化
学プラントなどにおける既設の配管の一部とを交換し
て、流体の流量を測定する。本発明の流量測定装置にお
ける流量の測定原理は、前記の従来のクランプオン型超
音波流量計の場合と同様である。

【００２９】流量測定装置と既設の配管（図示は略す
る）とは、流量測定装置の管状体１１と既設配管とを溶
接するなどして、取り付けることができる。流量測定装
置の取り付け方法に特に制限はなく、流量測定装置の管
状体１１の両端部に、フランジなどの適当な管接続手段
を付設して、既設の配管に取り付けることもできる。

【００３０】超音波送受信器１２は、超音波振動子１３
と、超音波振動子１３から発生する超音波を超音波振動
子の平面１４に垂直な方向に優先的に誘導伝搬させる超
音波伝搬素子１５とからなる積層体、そして前記の積層
体の超音波伝搬素子１５と管状体１１との間に配置され
た超音波伝搬材料層１６などから構成される。また、図
１に示すように、超音波振動子１３と超音波伝搬素子１
５との積層体は、管状体の中心軸１７に対して鋭角をな
すように配置されている。

【００３１】本発明においては、超音波送受信器１２
の、管状体１１に接する面の側に、管状体１１の音波伝
搬速度と近い値の音波伝搬速度を示し、且つ超音波の減
衰量の小さい材料からなる超音波伝搬材料層１６を設
け、さらに、超音波振動子１３から発生する超音波を、
超音波伝搬材料層に垂直に入射させることに特徴があ
る。即ち、超音波振動子１３から発生する超音波が、超
音波送受信器内で減衰しないように、且つ互いの音波伝
搬速度の差が大きい材料から構成される界面を斜めに通
らないように、超音波送受信器の構成と材料を工夫する
ことにより、超音波を効率よく管状体の内部に送信する
ことに特徴がある。

【００３２】本発明で用いる超音波伝搬材料は、２５℃
における粘度が、０．５×１０^-3乃至１×３０（Ｐａ・
秒）の範囲にある流動性を示す材料、あるいは２５℃に
おける針入度が、１０乃至３００の範囲にある柔らかい
材料を用い、且つ超音波伝搬材料の音波伝搬速度と管状
体の材料の音波伝搬速度との比が、０．５＜Ｖ₁／Ｖ ₂
＜１．７の関係を満足するように選定する。ここで、Ｖ
₁は、超音波伝搬材料の２５℃における超音波伝搬速度
を表わし、Ｖ₂は、管状体の材料の２５℃における音波
伝搬速度を表す。

【００３３】超音波伝搬材料の例としては、２５℃にお
ける粘度が０．５×１０^-3乃至３×１０Ｐａ・秒の範囲
にある液体が挙げられる。また、超音波伝搬材料の具体
例としては、２５℃における粘度が０．５×１０^-3乃至
３×１０Ｐａ・秒の範囲にある水、油、グリセリン、水
ガラス、ワセリン、もしくはグリースが挙げられる。

【００３４】超音波伝搬材料の別の例としては、２５℃
における針入度が１０〜３００の範囲にある弾性体が挙
げられる。また、超音波伝搬材料の具体例としては、２
５℃における針入度が１０〜３００の範囲にある高分子
ゲルが挙げられ、より好ましい例として、ポリウレタン
ゲル、シリコーンゲルが挙げられる。高分子ゲルの針入
度は、１０乃至２００の範囲にあることが好ましい。高
分子ゲルとしては、株式会社スリーボンド、東レ・ダウ
コーニング・シリコーン株式会社、信越化学工業株式会
社、株式会社ポリシス、タキロン株式会社、株式会社ジ
ェルテックなどから販売されている高分子ゲルを用いる
ことができる。

【００３５】また、超音波伝搬材料が、例えば、液体な
どの自身では形状を維持できない材料である場合には、
超音波伝搬材料層を、底面に開口を有する容器内に収容
することが好ましい。また、超音波伝搬材料層のみでな
く、超音波振動子、超音波伝搬素子、そして超音波伝搬
材料層を共に、底面に開口を有する容器内に収容するこ
とも好ましい。図１に示す流量測定装置においては、超
音波振動子１３、超音波伝搬素子１５、そして超音波伝
搬材料層１６が共に、底面に開口を有する容器１８の内
部に収容されている。容器１８を形成する材料に特に制
限はない。容器１８を形成する材料の例としては、高密
度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニ
ル、（メタ）アクリル樹脂、エポキシ樹脂（ベーク）、
ポリアミド（ナイロン）、ポリアセタール、ポリプロピ
レン、ポリカーボネートなどが挙げられる。図１に示す
超音波送受信器においては、容器１８は、加工が容易な
高密度ポリエチレンから形成されている。

【００３６】超音波伝搬材料として、液体などの自身で
は形状を維持できない材料を用いる場合、超音波振動子
１３と超音波伝搬素子１５が備えられた容器１８の底面
の側から液体などを容器に充填した後に、容器の底面を
管状体１１で密封することにより超音波伝搬材料層１６
を形成することができる。また、容器１８の底面から液
体などを充填した後に、容器の底面にある孔の開口部を
薄いプラスチックフイルムにより密封して超音波伝搬材
料層１６を形成してもよい。プラスチックフイルムの厚
みは、超音波伝搬材料層１６の内部を伝搬する超音波の
伝搬距離と比べて小さい値であるので、プラスチックフ
イルムの内部における超音波の減衰量は無視できる程小
さい。従って、プラスチックフイルムとしては、管状体
の音波伝搬速度と近い値を示すプラスチックフイルムで
あれば、特に制限なく用いることができる。

【００３７】超音波伝搬材料として高分子ゲルを用いる
場合、超音波振動子１３と超音波伝搬素子１５が備えら
れた容器１８の底面の側から、一液硬化型もしくは二液
硬化型の高分子ゲル材料を容器に充填した後に、高分子
ゲル材料を硬化させることにより、超音波伝搬材料層１
６を形成することができる。また、高分子ゲル材料の硬
化方法に特に制限はなく、常温硬化型、加熱硬化型など
の高分子ゲル材料を用いることができる。

【００３８】また、超音波伝搬材料層１６を高分子ゲル
から形成する場合、超音波伝搬材料層と管状体１１との
間に空気（隙間）が存在すると、超音波が超音波伝搬材
料層と空気の界面で反射する。このため、超音波伝搬材
料層１６と管状体１１との隙間に、接触媒質を充填する
ことができる。接触媒質は、管状体１１の表面に接触媒
質を塗布してから超音波送受信器１２を管状体１１に押
し付けることにより、前記の隙間に充填することができ
る。一般に、接触媒質としては、水、油、グリセリン、
水ガラス、ワセリン、グリースなどが用いられる。

【００３９】また、超音波送受信器１２には、超音波振
動子１３から発生する超音波を、超音波振動子の平面１
４に垂直な方向に優先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素
子１５が用いられる。超音波伝搬素子１５は、超音波振
動子１３と超音波伝搬材料層１６の間に配置される。

【００４０】図１に示す流量測定装置において、超音波
伝搬素子１５は、複数本の互いに平行に配置された高弾
性繊維を樹脂材料で接着固定してなる異方性シートから
形成されている。このような異方性シートと超音波振動
子と積層することにより、異方性シートの高弾性繊維の
長さ方向と、超音波振動子の平面（音波放射面）１４と
は平行になる。超音波振動子の平面１４と平行に配置さ
れた高弾性繊維を備えた異方性シート（超音波伝搬素
子）は、高弾性繊維の長さ方向に沿った超音波振動子の
振動の励起を抑え、超音波振動子の平面１４に垂直な方
向に優先的に超音波を誘導伝搬させる。超音波伝搬素子
１５としては、市販の繊維強化樹脂シートや繊維強化樹
脂材を用いることができる。超音波振動子から発生する
超音波を、特定の方向に優先的に誘導伝搬する方法につ
いては、特開平７−２８４１９８号公報に記載されてい
る。

【００４１】超音波伝搬素子１５に用いる高弾性繊維の
配置は、高弾性繊維の長さ方向が超音波振動子の平面１
４に平行となるよう整列配置していれば特に制限は無い
が、製造のし易さ、コストの面で、超音波振動子の平面
に平行な、一方向または二方向に整列配置させることが
好ましい。

【００４２】超音波振動子の平面１４に平行な二方向に
高弾性繊維を整列配置させる場合、超音波伝搬素子１５
は、複数枚の異方性シートを、隣接する各シート内の高
弾性繊維の方向が互いに直角となるように積層してなる
積層体であることが好ましい。

【００４３】超音波振動子１３の、平面１４に沿った方
向の振動の励起を抑制するため、高弾性繊維の長さ方向
の引張弾性率は、５０ＧＰａ以上であることが好まし
く、１００ＧＰａ以上であることがより好ましい。高弾
性繊維の例としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ナイ
ロン繊維、ポリアミド繊維、およびアラミド繊維などが
挙げられ、炭素繊維もしくは炭化ケイ素繊維を用いるこ
とが好ましい。また、異方性シートの樹脂材料の例とし
ては、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、
ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、フェノール
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ
カーボネート樹脂、およびポリアミドイミド樹脂などが
挙げられ、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。

【００４４】また、本発明の流量測定装置の管状体１１
は、フッ素含有樹脂から形成することが好ましい。フッ
素含有樹脂から形成された管状体を備えた本発明の流量
測定装置は、腐食性の高い流体の流量も測定可能であ
る。フッ素含有樹脂の例としては、ＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレ
ン／フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などが
挙げられる。

【００４５】図１において、管状体の表面に配置される
クランプオン型超音波流量計は、超音波伝搬経路９の形
状からＶ式のクランプオン型超音波流量計と呼ばれてい
る。図２は、本発明の流量測定装置の別の一例の構成を
示す断面図である。図２の流量測定装置の構成は、クラ
ンプオン型超音波流量計の超音波送受信器１２の配置が
異なる以外は、図１の流量測定装置と同様である。図２
において、管状体の表面に配置されるクランプオン型超
音波流量計は、超音波伝搬経路９の形状からＺ式のクラ
ンプオン型超音波流量計と呼ばれている。図１に示すＶ
式のクランプオン型超音波流量計は、図２に示すＺ式の
クランプオン型超音波流量計と比べて、超音波伝搬経路
が長いために測定感度が高いという利点がある。

【００４６】次に、本発明の超音波送受信器を、添付の
図面を用いて説明する。図３は、本発明の超音波送受信
器の一例の構成を示す斜視図である。図４は、図３に記
入したＡ−Ａ線に沿って切断した超音波送受信器の断面
図である。図３及び図４に示す本発明の超音波送受信器
１２は、超音波振動子１３と、超音波振動子１３から発
生する超音波を超音波振動子１３の平面１４に垂直な方
向に優先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子１５からな
る積層体、及び積層体の超音波伝搬素子１５の側に配置
された超音波伝搬材料層１６などから構成される。そし
て、超音波送受信器１２は、超音波振動子１３と超音波
伝搬素子１５との積層体が、超音波伝搬材料層の底面２
１に対して鋭角をなすように形成されている。そして、
超音波振動子１３の超音波伝搬素子側の面及びその逆側
の面には、超音波振動子に電圧を印加するための電極と
リード線（図示は略する）が備えられている。図３に示
すように、本発明の超音波送受信器１２は、測定対象の
流体が通過する管状体６の表面に配置される。

【００４７】本発明においては、超音波送受信器１２
の、管状体６に接する面の側に、２５℃における音波伝
搬速度が７００〜２０００ｍ／秒の範囲にあり、且つ超
音波の減衰量の小さい材料からなる超音波伝搬材料層１
６を設け、さらに、超音波振動子１３から発生する超音
波を、超音波伝搬材料層１６に垂直に入射させることに
特徴がある。即ち、超音波振動子から発生する超音波
が、超音波送受信器内で減衰しないように、且つ互いの
音波伝搬速度の差が大きい材料から構成される界面を斜
めに通らないように、超音波送受信器の構成と材料を工
夫することにより、超音波を効率よく管状体に送信する
ことに特徴がある。

【００４８】本発明の超音波送受信器１２の好ましい態
様は、超音波伝搬材料層の２５℃における音波伝搬速度
が７００〜２０００ｍ／秒の範囲にあること以外は、図
１に示す本発明の流量測定装置に用いられる超音波送受
信器と同様である。前記のように、一般に、音波伝搬速
度が小さい値を示す材料から形成された管状体に対し
て、高感度のクランプオン型超音波流量計を設計するこ
とは難しい。本発明の超音波送受信器１２は、音波伝搬
速度が小さい値を示す材料から形成された管状体、特
に、フッ素含有樹脂から形成された管状体の内部を通過
する流体の流量測定用として好ましく用いることができ
る。

【００４９】本発明の超音波送受信器において、超音波
伝搬材料としてシリコーンゲルを用いる場合、超音波振
動子１３の平面１４の法線と、超音波伝搬材料層１６の
底面２１とのなす角度αは、４５乃至６５度（即ち、管
状体６の外周面における超音波の入射角は、４５乃至２
５度）の範囲にあることが好ましい。

【００５０】本発明の超音波送受信器において、超音波
伝搬材料としてポリウレタンゲルを用いる場合、超音波
振動子１３の平面１４の法線と、超音波伝搬材料層１６
の底面２１とのなす角度αは、２０乃至４０度（即ち、
管状体６の外周面における超音波の入射角は、７０乃至
５０度）の範囲にあることが好ましい。

【００５１】本発明で用いる超音波伝搬材料としては、
２５℃における音波伝搬速度が７００〜２０００ｍ／秒
の範囲にあり、且つ、２５℃における粘度が、０．５×
１０ ^-3乃至１×３０（Ｐａ・秒）の範囲にある流動性を
示す材料、あるいは２５℃における針入度が、１０乃至
３００の範囲にある柔らかい材料のいずれかを用いる。

【００５２】超音波伝搬材料の例としては、前記条件を
満足する液体が挙げられ、具体的には、水、油、グリセ
リン、水ガラス、ワセリン、もしくはグリースが挙げら
れる。超音波伝搬材料の別の例としては、前記条件を満
足する弾性体が挙げられ、具体的には、高分子ゲルが挙
げられる。高分子ゲルは、ポリウレタンゲル、シリコー
ンゲルであることが好ましい。

【００５３】また、超音波送受信器１２には、超音波振
動子１３から発生する超音波を、超音波振動子の平面１
４に垂直な方向に優先的に誘導伝搬させる超音波伝搬素
子１５が用いられる。超音波伝搬素子１５は、超音波振
動子１３と超音波伝搬材料層１６の間に配置される。超
音波伝搬素子１５は、複数本の互いに平行に配置された
高弾性繊維２２を樹脂材料２３で接着固定してなる異方
性シートから形成されている。高弾性繊維と樹脂材料の
材質、高弾性繊維の配置の好ましい態様は、前記の本発
明の流量測定装置に用いる超音波伝搬素子の場合と同様
である。

【００５４】高弾性繊維２２を、超音波振動子１３の平
面１４に平行な一方向のみに整列配置させる場合は、図
４に示すように、高弾性繊維２２の長さ方向を超音波伝
搬材料層の底面２１に投影した線と、超音波振動子の平
面（音波放射面）１４の法線を前記の底面２１に投影し
た線とが平行であることが好ましい。高弾性繊維２２を
超音波振動子の平面１４に平行な一方向のみに整列配置
した場合、高弾性繊維の長さ方向と直交する方向におい
ては、高弾性繊維による制振効果が小さいために、若干
の振動の励起を生じてノイズの原因となる場合がある。
このような振動の励起があった場合にも、図４に示すよ
うに高弾性繊維２２を整列配置すると、励起された振動
による音波は、伝搬方向が、超音波振動子の平面１４に
平行で且つ高弾性繊維２２に直交する方向（即ち、図４
の紙面に垂直な方向）であるために、管状体６には伝搬
し難い。逆に、高弾性繊維を、前記の高弾性繊維とは直
交する一方向に整列配置すると、高弾性繊維と直交する
方向に励起された振動による音波は、伝搬方向が、図４
に示す高弾性繊維の長さ方向と同方向となり、管状体に
伝播してノイズとなり、流量計の測定感度を低下させる
場合がある。

【００５５】また、図３及び図４に示すように、超音波
送受信器１２の容器１８の上面には、穴２０を設けるこ
とが好ましい。穴２０を設けることにより、超音波送受
信器１２を管状体６の表面に配置する際の位置を、容易
に設定することができる。超音波送受信器を、管状体６
の表面に配置する際の位置の設定方法については、後述
する。

【００５６】また、図３及び図４に示す超音波送受信器
１２においては、超音波振動子１３の超音波伝搬素子１
５とは逆側の面に、バッキング材１９が付設されてい
る。バッキング材１９としては、一般に、エポキシ樹
脂、もしくはタングステン粉末が添加されたエポキシ樹
脂などが用いられる。バッキング材１９は、超音波振動
子１３の内部をバッキング材の方に向かって伝搬する超
音波を吸収して、超音波振動子１３の内部における超音
波の多重反射を防止する働きをする。また、バッキング
材１９は、超音波振動子１３、超音波伝搬素子１５、お
よび超音波振動子に備えられたリード線（図示は略す
る）の配置を固定する働きもする。

【００５７】次に、本発明の超音波送受信器の別の態様
について説明する。図５は、本発明の超音波送受信器の
別の一例の構成を示す断面図である。図６は、本発明の
超音波送受信器のさらに別の一例の構成を示す断面図で
ある。図５及び図６に示す超音波送受信器３２及び４２
は、容器３８及び４８の形状が異なること以外は、図３
及び図４に示す超音波送受信器１２と同様の構成であ
る。また、図７は、本発明の超音波送受信器のさらに別
の一例の構成を示す斜視図である。図７に示す超音波送
受信器５２においては、超音波伝搬材料層１６ａのみ
が、底面に開口を有する容器５８の内部に収容されてい
る。

【００５８】次に、本発明の超音波送受信器のさらに別
の態様について説明する。図８は、本発明の超音波送受
信器のさらに別の一例の構成を示す斜視図である。図８
に示す超音波送受信器６２においては、超音波伝搬材料
層１６ｂが、高分子ゲルなどの自身で形状を維持できる
材料から形成されている。超音波送受信器６２の構成
は、容器を備えていないこと以外は、図３及び図４に示
す超音波送受信器１２と同様である。

【００５９】前述のように、クランプオン型超音波流量
計には、伝搬時間差式、ドップラー式のように多くの種
類があり、用いられる超音波送受信器の数も様々であ
る。クランプオン型超音波流量計については、「流量計
測ＡｔｏＺ」（日本計量機器工業連合会編、第８章、１
９９５）に詳しく記載がある。本発明の超音波送受信器
は、様々な種類のクランプオン型超音波流量計のいずれ
にも好ましく用いることができる。

【００６０】次に、本発明のクランプオン型超音波流量
計について説明する。図９は、本発明のクランプオン型
超音波流量計の一例の構成を示す一部切欠き斜視図であ
る。図９に示す本発明のクランプオン型超音波流量計
は、図３及び図４に示す本発明の超音波送受信器１２が
一対、長方形の容器７０に、各超音波送受信器１２の超
音波伝搬材料層が対向するように面対称に配置されるよ
うに収容して構成される。容器７０は、上容器７１、下
容器７２、そして蓋７３などから構成される。

【００６１】また、超音波送受信器１２には、測定環境
に存在する電磁波から超音波振動子を遮蔽するために、
銅板７４が付設されている。超音波送受信器１２の超音
波振動子に電圧を印加するために、超音波振動子に電気
的に接続するリード線７５は、容器の蓋７３から外部に
引き出される。リード線７５の一方は、前記の銅板７４
とリード線７６とを介して、超音波振動子に備えられた
電極に電気的に接続されている。

【００６２】管状体６の寸法（内径および外径）と材質
が予めわかれば、一対の超音波送受信器１２の最適な位
置関係は算出できる。図９に示すクランプオン型超音波
流量計においては、超音波送受信器１２に設けられた穴
２０に、容器の蓋７３に取り付けられた位置固定材７７
を押し付けることにより、超音波送受信器の位置を容易
に設定することができる。位置固定材７７は、位置調節
材７８を介して蓋７３に固定されている。管状体６の外
径に対応させて、位置固定材７７を、位置調節材７８の
取り付け孔７９を適宜選定して差し込むことにより、一
対の超音波送受信器の管状体の表面における位置を容易
に設定することができる。

【００６３】超音波送受信器１２と管状体６は、管状体
６を上支持材８０と下支持材８１により挟み、さらに支
持材８０及び８１を、上容器７１と下容器７２により挟
んで、ねじ８２により締め付けることにより、簡便且つ
確実に固定することができる。管状体６の外径に対応さ
せて、支持材８０及び８１を交換することにより、外径
の異なる管状体も容器７０に固定することができる。ま
た、超音波送受信器１２と管状体６を固定する際に、管
状体６が変形するのを防止する為に、下容器７２の内側
の底面には、台８３が備えられている。

【００６４】次に、本発明のクランプオン型超音波流量
計の別の態様について説明する。図１０は、本発明のク
ランプオン型超音波流量計の別の一例の構成を示す一部
切欠き斜視図である。図１０に示すクランプオン型超音
波流量計は、管状体の表面における超音波送受信器の位
置の固定方法が異なること以外は、図９に示すクランプ
オン型超音波流量計と同様の構成である。図１０に示す
クランプオン型超音波流量計においては、超音波送受信
器１２ｃを一対用いている。超音波送受信器１２ｃの構
成は、超音波送受信器の容器１８ｃの上面にねじ穴が設
けられていること以外は、図３及び図４に示す超音波送
受信器と同様である。超音波送受信器１２ｃは、蓋７３
ａにボルト８５を用いて予め固定することができる。こ
の様に、予め一対の超音波送受信器１２ｃの互いの位置
関係を固定しておくことにより、既設の管状体（化学プ
ラントの配管など）にクランプオン型超音波流量計を配
置する作業が容易となる。

【００６５】また、管状体６の寸法（内径および外径）
や材質が不明な場合などは、一対の超音波送受信器間１
２ｃの距離を、流量計を管状体の表面に配置する際に設
定する必要がある。このため、蓋７３ａに、長穴８６を
設けるなどして、クランプオン型超音波流量計を、超音
波送受信器間の距離を任意に変更できる構成とすること
も好ましい。

【００６６】

【発明の効果】本発明の流量測定装置は、流体の流量を
高感度に測定することができる。また、本発明の超音波
送受信器を用いたクランプオン型超音波流量計は、音波
伝搬速度の小さい材料から形成された管状体、特にフッ
素含有樹脂から形成された管状体の内部を通過する流体
の流量を高感度に測定することができる。

【００６７】

【実施例】［比較例１］音波伝搬速度が１２２２（ｍ／
秒）であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）か
ら形成された、外径１／４インチの管状体に水を流し、
市販のクランプオン型超音波流量計（東京計装（株）
製）を用いて、超音波の送受信を行った。Ｖ法により超
音波が送受信されるよう、一対の超音波送受信器を、管
状体の表面にグリースを介して配置した。温度２０℃の
環境において、送信側の超音波送受信器の超音波振動子
に電圧パルス（パルス幅０．５μｓｅｃ、パルス高さ１
５Ｖ）を印加して超音波を送信し、受信側の超音波送受
信器により超音波を受信した。受信側の超音波送受信器
において得られた電圧波形における、受信信号の最大の
振幅は、１．１Ｖであった。

【００６８】［実施例１］エポキシ樹脂と、炭素繊維
（繊維の長さ方向の引張弾性率２４０ＧＰａ）から構成
された繊維強化樹脂材を切削加工して、直径１０ｍｍ、
厚さ０．７５ｍｍの円盤状の超音波伝搬素子を作製し
た。次に、市販のジルコン酸チタン酸鉛系の超音波振動
子（直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）のそれぞれの面に、電
極を形成して絶縁性の被覆層を備えたリード線を取り付
けた。さらに、超音波振動子の一方の面に、作製した超
音波伝搬素子を接着剤を用いて貼り合わせて、積層体を
作製した。繊維強化樹脂材の高弾性繊維は、超音波振動
子の平面（音波放射面面）に平行な一方向に整列配置さ
せた。

【００６９】次に、高密度ポリエチレン樹脂成形体を切
削加工して、図３及び図４に示す形状の容器を作製し
た。図３及び図４に示す容器において、Ｗ＝１４．０ｍ
ｍ、Ｄ ₁＝１３．５ｍｍ、Ｌ₁＝１８．９ｍｍ、Ｌ₂＝
７．８ｍｍ、Ｌ₃＝７．５ｍｍ、Ｈ₁＝７ｍｍ、Ｈ₂＝
１４．７ｍｍとした。そして、作製した容器に、ドリル
を用いて直径８ｍｍ（Ｄ₂）の穴を設けた。次に、得ら
れた容器に、作製した積層体を収容した。さらに、積層
体の上からエポキシ樹脂を流し込んだ後に樹脂を硬化さ
せて、容器に積層体を固定した。なお、積層体を容器に
固定する際には、超音波振動子に取り付けられたリード
線がエポキシ樹脂に埋もれないように、リード線を予め
容器の外に引き出した。

【００７０】次に、容器の底面側の開口部から穴に、二
液硬化型のポリウレタンゲル材料を流し込み、直ちに外
径１／４インチのＰＴＦＥ製の管状体を押し付けた。ポ
リウレタンゲル材料が硬化した後に管状体を取り除くこ
とにより、ポリウレタンゲルからなる超音波伝搬材料層
を形成した。この様にして、超音波伝搬材料層の底面
を、管状体の表面と密着する形状とした。この様にし
て、図３及び図４に示す構成の超音波送受信器を作製し
た。また、超音波振動子の平面の法線と、超音波伝搬材
料層の底面とのなす角度αは、３０度（即ち、管状体の
外周面における超音波の入射角は、６０度）であった。
また、温度２５℃における超音波伝搬材料（ポリウレタ
ンゲル）の音波伝搬速度は、１７８０ｍ／秒であり、針
入度は、５０であった。

【００７１】作製した超音波送受信器を一対用いる以外
は比較例１と同様にして、超音波の送受信を行った。ポ
リウレタンゲルを用いた超音波送受信器について、環境
温度に対する出力電圧波形の安定性を確認するために、
温度１０℃、２０℃、３０℃の環境において、超音波の
送受信を行った。図１１は、温度１０℃において、受信
側の超音波送受信器において得られた電圧波形を示す。
受信波形において、Ｓｎで示すように長い周期で振動す
る電圧波形は、管状体を伝搬する超音波に起因するノイ
ズである。また、受信波形において、Ｓで示すように短
い周期で振動する電圧波形は、受信信号である。受信信
号の最大の振幅は、約０．９Ｖであった。

【００７２】図１２は、温度２０℃において、受信側の
超音波送受信器において得られた電圧波形を示してお
り、受信信号の最大の振幅は、約２．０Ｖであった。従
って、送信側の超音波振動子に同じ電圧パルスを印加し
て超音波を送信した場合、受信側の超音波送受信器から
出力される受信信号の振幅は、従来の流量計の１．８倍
以上であり、本発明の超音波送受信器を用いたクランプ
オン型超音波流量計の測定感度が非常に高いことがわか
る。また、図１３は、温度３０℃において、受信側の超
音波送受信器において得られた電圧波形を示しており、
受信信号の最大の振幅は、約２．９Ｖであった。

【００７３】［実施例２］超音波伝搬材を、二液硬化型
のシリコーンゲル材料から形成し、超音波振動子の平面
の法線と、超音波伝搬材料層の底面とのなす角度αを、
５５度（即ち、管状体の外周面における超音波の入射角
を、３５度）とすること以外は実施例１と同様にして、
超音波送受信器を作製した。また、温度２５℃における
超音波伝搬材料（シリコーンゲル）の音波伝搬速度は、
１１３０ｍ／秒であり、針入度は、６５であった。作製
した超音波送受信器を一対用いる以外は実施例１と同様
にして、超音波の送受信を行った。図１４は温度１０℃
において、図１５は温度２０℃において、図１６は温度
３０℃において、受信側の超音波送受信器において得ら
れた電圧波形を示しており、受信信号の最大の振幅は、
それぞれ、約１２．８Ｖ、約１３．８Ｖ、約１２．８Ｖ
であった。

【００７４】図１５に示すように、送信側の超音波振動
子に同じ電圧パルスを印加して超音波を送信した場合、
受信側の超音波送受信器から出力される受信信号の振幅
は、従来の流量計の１２倍以上であり、本発明の超音波
送受信器を用いたクランプオン型超音波流量計は極めて
測定感度が高いことがわかる。また、実施例１と実施例
２の結果から、本発明の超音波送受信器に用いる超音波
伝搬材料としては、受信信号の振幅の大きさから、ポリ
ウレタンゲルよりシリコーンゲルを用いることが好まし
いことがわかる。さらに、シリコーンゲルを用いると、
低温（１０℃）においても、振幅が大きな受信信号が得
られることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量測定装置の一例の構成を示す断面
図である。

【図２】本発明の流量測定装置の別の一例の構成を示す
断面図である。

【図３】本発明の超音波送受信器の一例の構成を示す斜
視図である。

【図４】図３に記入したＡ−Ａ線に沿って切断した超音
波送受信器の断面図である。

【図５】本発明の超音波送受信器の別の一例の構成を示
す断面図である。

【図６】本発明の超音波送受信器のさらに別の一例の構
成を示す断面図である。

【図７】本発明の超音波送受信器のさらに別の一例の構
成を示す断面図である。

【図８】本発明の超音波送受信器のさらに別の一例の構
成を示す断面図である。

【図９】本発明のクランプオン型超音波流量計の一例の
構成を示す一部切欠き斜視図である。

【図１０】本発明のクランプオン型超音波流量計の別の
一例の構成を示す一部切欠き斜視図である。

【図１１】実施例１において、温度１０℃の環境におい
て受信側の超音波送受信器から出力された電圧波形を示
す図である。

【図１２】実施例１において、温度２０℃の環境におい
て受信側の超音波送受信器から出力された電圧波形を示
す図である。

【図１３】実施例１において、温度３０℃の環境におい
て受信側の超音波送受信器から出力された電圧波形を示
す図である。

【図１４】実施例２において、温度１０℃の環境におい
て受信側の超音波送受信器から出力された電圧波形を示
す図である。

【図１５】実施例２において、温度２０℃の環境におい
て受信側の超音波送受信器から出力された電圧波形を示
す図である。

【図１６】実施例２において、温度３０℃の環境におい
て受信側の超音波送受信器から出力された電圧波形を示
す図である。

【図１７】従来のクランプオン型超音波流量計の一例の
構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ超音波送受信器２ａ、２ｂ超音波振動子３ａ、３ｂ楔形超音波伝搬材４ａ、４ｂ底面５ａ、５ｂ斜面６管状体７流体の移動方向９超音波の伝搬経路の一例９ａ、９ｂ超音波の伝搬方向を示す矢印１１管状体１２、１２ｃ、３２、４２、５２、６２超音波送受信
器１３、１３ａ、１３ｂ超音波振動子１４、１４ｂ超音波振動子の平面１５、１５ａ、１５ｂ超音波伝搬素子１６、１６ａ、１６ｂ超音波伝搬材料層１７管状体の中心軸１８、１８ｃ、３８、４８、５８容器１９バッキング材２０穴２１、２１ａ、２１ｂ超音波伝搬材料層の底面２２高弾性繊維２３樹脂材料７０容器７１上容器７２下容器７３、７３ａ蓋７４銅板７５リード線７６リード線７７位置固定材７８位置調節材７９取付け穴８０上支持材８１下支持材８２ねじ８３台８４ねじ８５ボルト８６長穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を流体が通過する管状体の表面に、
少なくとも一つの超音波送受信器を備えたクランプオン
型超音波流量計が配置されてなる流量測定装置であっ
て、該超音波送受信器が、超音波振動子と、該振動子か
ら発生する超音波を該振動子の平面に垂直な方向に優先
的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子とからなる、管状体
の中心軸に対して鋭角をなすように配置された積層体、
及び該積層体の超音波伝搬素子と管状体との間に配置さ
れた、２５℃における粘度が０．５×１０^-3〜３×１０
Ｐａ・秒の超音波伝搬材料層からなり、該超音波伝搬材
料の音波伝搬速度と管状体の材料の音波伝搬速度との比
が、０．５＜Ｖ₁／Ｖ₂＜１．７（但し、Ｖ₁は、超音
波伝搬材料の２５℃における超音波伝搬速度を表わし、
Ｖ₂は、管状体の材料の２５℃における音波伝搬速度を
表す）の関係にあることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】超音波伝搬材料が、液体であることを特
徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】超音波伝搬材料が、水、油、グリセリ
ン、水ガラス、ワセリン、もしくはグリースであること
を特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項４】内部を流体が通過する管状体の表面に、
少なくとも一つの超音波送受信器を備えたクランプオン
型超音波流量計が配置されてなる流量測定装置であっ
て、該超音波送受信器が、超音波振動子と、該振動子か
ら発生する超音波を該振動子の平面に垂直な方向に優先
的に誘導伝搬させる超音波伝搬素子とからなる、管状体
の中心軸に対して鋭角をなすように配置された積層体、
及び該積層体の超音波伝搬素子と管状体との間に配置さ
れた、２５℃における針入度が１０〜３００の超音波伝
搬材料層からなり、該超音波伝搬材料の音波伝搬速度と
管状体の材料の音波伝搬速度との比が、０．５＜Ｖ₁／
Ｖ₂＜１．７（但し、Ｖ₁は、超音波伝搬材料の２５℃
における超音波伝搬速度を表わし、Ｖ₂は、管状体の材
料の２５℃における音波伝搬速度を表す）の関係にある
ことを特徴とする流量測定装置。
【請求項５】超音波伝搬材料が、弾性体であることを
特徴とする請求項４に記載の流量測定装置。
【請求項６】超音波伝搬材料が、高分子ゲルであるこ
とを特徴とする請求項４に記載の流量測定装置。
【請求項７】超音波伝搬材料が、ポリウレタンゲルも
しくはシリコーンゲルであることを特徴とする請求項４
に記載の流量測定装置。
【請求項８】超音波伝搬素子が、複数本の互いに平行
に配置された高弾性繊維を樹脂材料で接着固定してなる
異方性シートからなることを特徴とする請求項１もしく
は４に記載の流量測定装置。
【請求項９】超音波伝搬素子が、複数本の互いに平行
に配置された高弾性繊維を樹脂材料で接着固定してなる
異方性シートを複数枚、隣接する異方性シートの繊維の
方向が互いに直角となるように積層してなる積層体であ
ることを特徴とする請求項１もしくは４に記載の流量測
定装置。
【請求項１０】高弾性繊維が、５０ＧＰａ以上の長さ
方向の引張弾性率を持つ繊維であることを特徴とする請
求項８もしくは９に記載の流量測定装置。
【請求項１１】高弾性繊維が炭素繊維であることを特
徴とする請求項８もしくは９に記載の流量測定装置。
【請求項１２】超音波伝搬材料層が、底面に開口を有
する容器内に収容されていることを特徴とする請求項１
乃至１１のうちのいずれかの項に記載の流量測定装置。
【請求項１３】超音波振動子、超音波伝搬素子、そし
て超音波伝搬材料層が共に、底面に開口を有する容器内
に収容されていることを特徴とする請求項１乃至１１の
うちのいずれかの項に記載の流量測定装置。
【請求項１４】管状体がフッ素含有樹脂から形成され
ていることを特徴とする請求項１乃至１３のうちのいず
れかの項に記載の流量測定装置。
【請求項１５】超音波振動子と、該振動子から発生す
る超音波を該振動子の平面に垂直な方向に優先的に誘導
伝搬させる超音波伝搬素子とからなる積層体、及び該積
層体の超音波伝搬素子の側に配置された、２５℃におけ
る粘度が０．５×１０^-3〜３×１０Ｐａ・秒で、２５℃
における音波伝搬速度が７００〜２０００ｍ／秒の範囲
にある超音波伝搬材料層からなり、該積層体が、超音波
伝搬材料層の底面に対して鋭角をなすように形成された
超音波送受信器。
【請求項１６】超音波伝搬材料が、液体であることを
特徴とする請求項１５に記載の超音波送受信器。
【請求項１７】超音波伝搬材料が、水、油、グリセリ
ン、水ガラス、ワセリン、もしくはグリースであること
を特徴とする請求項１５に記載の超音波送受信器。
【請求項１８】超音波振動子と、該振動子から発生す
る超音波を該振動子の平面に垂直な方向に優先的に誘導
伝搬させる超音波伝搬素子とからなる積層体、及び該積
層体の超音波伝搬素子の側に配置された、２５℃におけ
る針入度が１０〜３００で、２５℃における音波伝搬速
度が７００〜２０００ｍ／秒の範囲にある超音波伝搬材
料層からなり、該積層体が、超音波伝搬材料層の底面に
対して鋭角をなすように形成された超音波送受信器。
【請求項１９】超音波伝搬材料が、弾性体であること
を特徴とする請求項１８に記載の超音波送受信器。
【請求項２０】超音波伝搬材料が、高分子ゲルである
ことを特徴とする請求項１８に記載の超音波送受信器。
【請求項２１】超音波伝搬材料が、ポリウレタンゲル
もしくはシリコーンゲルであることを特徴とする請求項
１８に記載の超音波送受信器。
【請求項２２】超音波伝搬素子が、複数本の互いに平
行に配置された高弾性繊維を樹脂材料で接着固定してな
る異方性シートからなることを特徴とする請求項１５も
しくは１８に記載の超音波送受信器。
【請求項２３】超音波伝搬素子が、複数本の互いに平
行に配置された高弾性繊維を樹脂材料で接着固定してな
る異方性シートを複数枚、隣接する異方性シートの繊維
の方向が互いに直角となるように積層してなる積層体で
あることを特徴とする請求項１５もしくは１８に記載の
超音波送受信器。
【請求項２４】高弾性繊維が、５０ＧＰａ以上の長さ
方向の引張弾性率を持つ繊維であることを特徴とする請
求項２２もしくは２３に記載の超音波送受信器。
【請求項２５】高弾性繊維が炭素繊維であることを特
徴とする請求項２２もしくは２３に記載の超音波送受信
器。
【請求項２６】超音波伝搬材料層が、底面に開口を有
する容器内に収容されていることを特徴とする請求項１
５乃至２５のうちのいずれかの項に記載の超音波送受信
器。
【請求項２７】超音波振動子、超音波伝搬素子、そし
て超音波伝搬材料層が共に、底面に開口を有する容器内
に収容されていることを特徴とする請求項１５乃至２５
のうちのいずれかの項に記載の超音波送受信器。
【請求項２８】請求項１５乃至２７のうちのいずれか
の項に記載の超音波送受信器が一対、長方形の容器に、
それぞれの超音波送受信器の超音波伝搬材料層が対向す
るように面対称に配置されて収容されているクランプオ
ン型超音波流量計。