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超音波流量計はすでに人々の生活で非常に広く利用されています。超音波流量計の利点は明らかですが、では皆さんは超音波流量計のどのような欠点に気づいていますか？長所と短所を知ってこそ改善ができます。では、上海自動化計器有限公司の技術者が、超音波流量計の短所についてご説明します。 超音波流量計の欠点は、主に測定可能な流体の温度範囲が超音波トランスデューサーやトランスデューサーと配管との間の結合材の耐熱性によって制限されること、そして高温下での測定対象流体の音速に関する元のデータが不足していることです。現在、我が国では200℃以下の流体の測定にしか使用できません。また、超音波流量計の測定回路は一般的な流量計よりも複雑です。これは、一般的な工業計測において液体の流速は通常数メートル/秒程度であり、一方、液体中を伝播する音波の速度は約1500m/sであるため、測定対象となる流体の流速（流量）の変化が音速にもたらす変化量は最大でも10⁻³オーダーに過ぎないからです。流速の測定精度を1％に保ちたい場合、音速の測定精度は10⁻⁵～10⁻⁶オーダーが必要となり、そのためには完璧な測定回路が不可欠です。これこそが、超音波流量計が集積回路技術の急速な発展を前提として初めて実用化される理由なのです。 超音波流量計は、超音波トランスデューサー、電子回路、および流量表示・累積システムの3つの部分で構成されています。超音波発信トランスデューサーは電力を超音波エネルギーに変換し、それを測定対象の流体中に放射する。受信機が受け取った超音波信号は、電子回路によって増幅され、流量を表す電気信号に変換されて、表示・積算計器に送られ、表示や積算が行われる。これにより、トラフィックの検出と表示が実現されます。 超音波流量計には一般的に圧電トランスデューサーが使用されます。それは圧電材料の圧電効果を利用し、適切な送信回路によって電力を送信トランスデューサーの圧電素子に供給することで、超音波振動を発生させる。超音波はある角度で流体中に照射されて伝播し、その後受信トランスデューサーによって受け取られ、圧電素子を介して電力に変換されて検出される。送信用トランスデューサーは圧電素子の逆圧電効果を利用し、受信用トランスデューサーは圧電効果を利用する。 超音波流量計のトランスデューサーの圧電素子は、通常円形の薄片として作られ、厚み方向に振動する。振動の指向性を確保するため、薄片の直径は厚さの10倍以上である。圧電素子の材料には、主に鉛チタン酸ジルコニウムが使用される。圧電素子を固定し、超音波を適切な角度で流体中に照射するためには、素子を音響ウェッジに組み込み、トランスデューサー全体（プローブとも呼ばれる）を構成する必要がある。音楔の材料には、高い強度と耐老化性が求められるだけでなく、超音波が音楔を通過した後のエネルギー損失が少なく、透過係数がほぼ1になることも求められる。一般的に使用される音響ウェッジの材料はアクリルであり、透明なため音響ウェッジ内の圧電素子の組み立て状況を観察できるからです。また、一部のゴム、プラスチック、およびエボナイトも音楔材料として使用できる。 以上が超音波流量計の欠点です。その中には技術的な改善によって解決できるものもあれば、製品自体の欠陥によるものもあります。皆さんが引き続き改善策を提案してくだされば、超音波流量計の欠点はますます少なくなっていくと思います。