CN111103021B - 超音波式流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题为在管体的两侧配置超音波发送接收元件的情况下可将超音波束的射入射出端面密接至管体。发送接收单元(1)夹箝式地固定至管体(P)的两侧。发送接收单元(1)由安装部(3)以及相对于安装部(3)可移动的发送接收部(4)所构成。于安装部(3)的中央部分形成有贯通孔(3c)并收容有发送接收部(4)。于发送接收部(4)设置有面接触部(4a)以及元件固定部(4b)，于元件固定部(4b)设置有安装孔(4c)以及轴部(4d)，于安装孔(4c)内安装有柱状体的超音波传达体(4e)。超音波传达体(4e)的下表面(4f)作为面接触部(4a)的一部分面接触至管体(P)，于超音波传达体(4e)的上表面(4g)贴附有超音波发送接收元件(4h)。当将安装部(3)紧固时，经由轴部(4d)施加至安装部(3)的力量传达至下方的面接触部(4a)并密接至管体(P)。

Description

超音波式流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种夹箝(clamp)式的超音波式流量测量装置，用以使超音波束(ultrasonic beam)在通过管体的流体中传播并测量流体的流量。

背景技术

使用安装治具将超音波发送接收元件配置于管体的周围的夹箝式的超音波式流量测量装置记载于例如专利文献1。

[现有技术文献]

专利文献1：日本特开平10-221137号公报。

发明内容

[发明所要解决的问题]

在夹箝式的超音波式流量测量装置中，必须因应管体的管径以及/或者厚度于使用时调整超音波发送接收元件的相互的位置。而且，为了使超音波束容易地在管体之间传达，需要以强大的按压力使超音波发送接收元件密接至管体。

然而，在该专利文献1的测量装置中，为了可以将超音波发送接收元件彼此调整至适当的相对位置并以强大的按压力将超音波发送接收元件压抵至管体，于管体的周围配置有几个框体(frame)，从而变成非常大型化。

本发明的目的为提供一种超音波式测量装置，能解决上述问题点且能以简单的构成以强大的固定力将超音波发送接收元件压抵至管体。

[解决问题的技术手段]

为了达成上述目的，本发明的超音波式流量测量装置以夹着使流体流动的管体的方式配置分别内置有超音波发送接收元件的一对发送接收单元，在所述发送接收单元中的沿着所述管体的不同位置的所述超音波发送接收元件之间交互地发送以及接收于所述管体中朝斜方向传播的超音波束并测量所述流体的流量；所述发送接收单元由安装部与发送接收部所构成，所述安装部接触并安装至所述管体的表面，所述发送接收部插入至所述安装部内并内设于所述安装部；所述安装部具备有：接触部，朝向所述管体的表面；贯通孔，容置所述发送接收部；以及固定手段，固定至所述管体；所述发送接收部具备有：板体状的面接触部，面接触至所述管体；力量传达部，接触至所述安装部的一部分；以及元件固定部，安装所述超音波发送接收元件且插入并固定至所述贯通孔，端面包含于所述面接触部且面接触至所述管体；当通过所述固定手段将所述安装部固定至所述管体时，固定力经由所述力量传达部传达至所述发送接收部，将所述面接触部强力地按压至所述管体。

[发明的效果]

依据本发明的超音波式流量测量装置，即使在将超音波发送接收元件配置于管体的两侧的夹箝式的情况下，亦可以简单的构成以强大的按压力将超音波发送接收元件确实地密接至管体。

附图说明

图1为已将一对发送接收单元固定至管体的状态的立体图。

图2为侧视地示出一方的发送接收单元的剖视图。

图3为安装部的前视图。

图4为安装部的俯视图。

图5为安装部的仰视图。

图6为安装部的侧视图。

图7为从上方观看发送接收部的立体图。

图8为从下方观看发送接收部的立体图。

图9为超音波传达体的立体图。

图10为安装至管体的前的发送接收单元的剖视图。

具体实施方式

依据附图的实施方式详细地说明本发明。

图为已将一对发送接收单元固定至管体的状态的立体图，图2为侧视地示出一方的发送接收单元的剖视图。

通过两条属于固定手段的紧固带2将一对发送接收单元1紧固至管体P中的夹着中心轴的两侧而固定成夹箝式，紧固带2为橡胶制成或者合成树脂制成或者金属制成并具有弹力，发送接收单元1由合成树脂材料作为主体，管体P用以使欲测量的流体流动。两个发送接收单元1为相同形状，左右对称地配置于管体P的两侧。发送接收单元1由安装部3以及可移动的发送接收部4所构成，安装部3固定至管体P，发送接收部4插入并内置于安装部3内且可相对于安装部3移动。

图3为安装部3的前视图，图4为安装部3的俯视图，图5为安装部3的仰视图，图6为安装部3的侧视图。于安装部3形成有长片状的接触部3a；接触部3a沿着管体P的表面的长边方向接触，且接触面形似管体P的表面并呈剖面圆弧状。接触部3a的两端稍微往上方抬起，接触部3a整体稍微地往上翘起。于接触部3a的中央部分设置有梯形部3b，于梯形部3b内形成有与发送接收部4大致同等大小的贯通孔3c，于贯通孔3c内插入有发送接收部4。

于贯通孔3c的下部形成有面向接触部3a且略矩形状的下开口部3d，于下开口部3d的周围设置有低段的凹部3e。此外，于贯通孔3c的上部设置有上开口部3f，以围绕上开口部3f的方式形成有朝内方向伸出的周缘部3g。再者，于接触部3a的长边方向的两端部设置有用以配置紧固带2的槽部3h。

图7为从上方观看发送接收部4的立体图，图8为从下方观看发送接收部4的立体图。发送接收部4的下部的略矩形板状的面接触部4a作成用以覆盖安装部3的下开口部3d的大小，并具有进入至下开口部3d的周围的凹部3e的大小与厚度。并且，面接触部4a形似管体P且剖面呈圆弧状。

于发送接收部4中的从面接触部4a的中央部朝向上方的斜方向形成有元件固定部4b，元件固定部4b插入至安装部3的贯通孔3c；于元件固定部4b的内部设置有安装孔4c，安装孔4c于面接触部4a呈开口。此外，于元件固定部4b的中间部的外侧设置有轴部4d，轴部4d朝向短边方向且作为力量传达体，轴部4d的两端部接触至上开口部3f的周围的周缘部3g的下表面。并且，于元件固定部4b的安装孔4c内安装有图9所示的柱状体的超音波传达体4e，超音波传达体4e由合成树脂材料所构成且从面接触部4a朝向上方。

超音波传达体4e与元件固定部4b的安装孔4c的形状吻合，嵌入至安装孔4c内并通过接着剂固定。已嵌入的状态下的超音波传达体4e的端面的下表面4f形似管体P的表面且呈圆弧状，并构成为与面接触部4a齐平并作为面接触部4a的一部分。此外，于超音波传达体4e的上表面4g贴附有超音波发送接收元件4h，超音波发送接收元件4h以压电式(piezo)元件般的压电元件发送以及接收超音波束。

超音波传达体4e的上表面4g例如构成为与元件固定部4b的中心线正交，且上表面4g与下表面4f并非是平行而是构成为具有预定的角度的非平行，上表面4g贴附有超音波发送接收元件4h，下表面4f使超音波束B斜方向地射入至管体P。

接着，超音波传达体4e的下表面4f的中心位于元件固定部4b的轴部4d的正下方，从周缘部3a朝向下方的针对轴部4d的应力朝向下表面4f的中心作用。

于超音波发送接收元件4h连接有导线(lead wire)4i，导线4i经由元件固定部4b内从上部的孔部4j拉出至外部并连接至未图示的运算控制部。再者，为了使与管体P之间的面接触状态良好，因应需要于包含有超音波传达体4e的下表面4f的面接触部4a贴附有超音波束B相关的声音阻抗(acoustic impedance)与合成树脂材料吻合的具有柔软性的软弹性构件，例如贴附有硅片(silicon sheet)4k。

为了将发送接收部4组入至安装部3，预先于超音波传达体4e的上表面4g贴附已连接有导线4i的超音波发送接收元件4h。将已将超音波传达体4e安装并固定至元件固定部4b的安装孔4c内的发送接收部4从接触部3a的下开口部3d插入至贯通孔3c内。在此状态下，如图1所示，发送接收部4的上部从梯形部3b的上开口部3f朝上方突出。

随着发送接收部4朝安装部3的贯通孔3c插入，发送接收部4的轴部4d接触至安装部3的周缘部3g的下表面，因此无法进一步将发送接收部4插入至贯通孔3c内。在此状态下，如图10所示，包含有超音波传达体4e的下表面4f的发送接收部4的面接触部4a构成为比安装部3的接触部3a还稍微朝管体P侧突出的位置关系。

在使用时，将一对发送接收单元1对称地抵接至管体P的两侧，且为了使超音波束的传达良好而于管体P与硅片4k之间涂布润滑油(grease)，并使用紧固带2将发送接收单元1的两侧强力地固定至管体P。由于本实施方式的发送接收单元1以适合于所使用的管体P的外径的方式制作，已固定至管体P的一对发送接收单元1的发送接收部4彼此经由管体P配置于斜方向的对向位置。

由于安装部3的接触部3a的两端朝上方稍微抬起，因此当将接触部3a抵接至管体P时，接触部3a的两端从管体P的表面稍微浮起。在此，通过紧固带2紧固接触部3a的两端，将安装部3固定至管体P。藉此，接触部3a的两端密接至管体P，安装部3的中央附近朝管体P强力地按压，强大的按压力从安装部3的周缘部3g对发送接收部4的轴部4d朝管体P侧作用。由于包含有超音波传达体4e的下表面4f的发送接收部4的面接触部4a比安装部3的接触部3a还稍微朝管体P侧突出，因此在安装部3与管体P之间被强力地按压。

此外，通过安装部3以及发送接收部4的素材所具有的弹性，安装部3以及发送接收部4局部性地变形并吸收压入力，面接触部4a一边被弹性地压入至安装部3内一边强力地密接至管体P的表面。尤其，强大的按压力作用至位于轴部4d的下方的超音波传达体4e的下表面4f。

通过下表面4f对于管体P的表面的此种强力的按压所致使的密接，超音波发送接收元件4h彼此间经由管体P的超音波束的发送接收变得良好，测量精度提升。

此外，当使用硅片4k时，即使假设于管体P的表面与发送接收部4的面接触部4a之间局部性地存在间隙，也能通过紧固带2的紧固使硅片4k的厚度局部性地变化且某程度地填补管体P的表面与发送接收部4的面接触部4a之间的间隙，因此超音波束的传达变得更良好。

通过从运算控制部经由导线4i而来的指令，如图2的虚线所示般从一方的发送接收单元1的超音波发送接收元件4h发送的超音波束B从超音波传达体4e的上表面4g直线进入超音波传达体4e内并到达下表面4f，经由硅片4k从管体P的壁面射入至流体内。超音波束B进一步地于管体P内的流体中朝斜方向传播，从管体P的相反侧的壁面射出并经由另一方的发送接收单元1的硅片4k、超音波传达体4e到达至超音波发送接收元件4h。

为了测量管体P中的流体的流量，从两个发送接收部4的超音波发送接收元件4h交互地发送以及接收超音波束。以控制运算部测量沿着流体的流动而传播的超音波束以及与流体的流动逆向的超音波束之间的到达时间差，求出流体的流速。再者，在控制运算部中乘上管体P的剖面积并运算流量。由于流速、流量的算出方法为公知的超音波流量计的时间差方式，因此省略说明。

此外，在说明书的说明中，所谓上下方向、左右方向为针对实施方式的附图的说明，实际的构件并未被这些用语限定。

图中：

Claims (4)

1.一种超音波式流量测量装置，以夹着使流体流动的管体的方式配置分别内置有超音波发送接收元件的一对发送接收单元，在所述发送接收单元中的沿着所述管体的不同位置的所述超音波发送接收元件之间交互地发送以及接收于所述管体中朝斜方向传播的超音波束并测量所述流体的流量；

所述一对发送接收单元由合成树脂作为主材料且分别由安装部与发送接收部所构成，所述安装部接触并安装至所述管体的表面，所述发送接收部具备有插入至所述安装部内并内设于所述安装部的所述超音波发送接收元件；

所述安装部具备有：

长片状的接触部，沿着长边方向接触所述管体的表面，且是两端往上方抬起地于长边方向往上翘起；

贯通孔，形成于所述接触部的中央部分且供所述发送接收部插入；以及

固定手段，将所述接触部的两端紧固且将所述接触部固定至所述管体；

所述发送接收部具备有：

板体状的面接触部，比所述接触部往所述管体侧突出且面接触至所述管体；

力量传达部，接触至所述安装部的一部分；以及

元件固定部，安装且固定所述超音波发送接收元件，端面包含于所述面接触部的一部分且面接触至所述管体；

将所述一对发送接收单元通过将各自的接触部抵接于所述管体而对称地抵接于所述管体之两侧，所述一对发送接收单元之所述超音波发送接收元件彼此配置于经由各自的所述面接触部以及所述管体而对向的位置，通过所述固定手段将由于所述接触部的所述抵接而翘起的两端彼此紧固，通过将所述安装部固定至所述管体，所述安装部的中央附近被向所述管体强力地按压，所述按压力经由所述力量传达部传达至所述发送接收部，所述面接触部分别被强力地按压至所述管体；

所述超音波发送接收元件经由导线连接至外部的运算控制部。

2.如权利要求1所述的超音波式流量测量装置，其特征在于，于面接触至所述管体的所述面接触部贴附有软弹性构件。

3.如权利要求1所述的超音波式流量测量装置，其特征在于，通过所述固定手段从所述安装部施加至所述发送接收部的所述按压力会传达至位于所述力量传达部的下方的所述发送接收部的所述面接触部。

4.如权利要求1或2所述的超音波式流量测量装置，其特征在于，所述发送接收部的所述元件固定部具有安装孔，将端面作成与所述面接触部齐平且已将所述超音波发送接收元件安装至相反面的柱状体的超音波传达体安装并固定至所述安装孔内，将所述导线连接至所述超音波发送接收元件并拉出至外部。

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