JP2000234963A

JP2000234963A - 超音波温度計測装置

Info

Publication number: JP2000234963A
Application number: JP11037838A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ueda; 雅司上田; Hitoshi Hayashida; 均林田; Hiroichi Karasawa; 博一唐沢; Masabumi Komai; 正文小舞; Hiroshi Tateishi; 浩史立石; Iwao Oshima; 巌大嶋; Kunio Shimano; 国男島野; Emiko Higashinakagaha; 恵美子東中川
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Nuclear Cycle Development Institute
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-08-29
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: JP3004984B1

Abstract

(57)【要約】【課題】配管内の流体温度を正確に精度よく非接触で計
測できる超音波温度計測装置を提供するにある。【解決手段】超音波温度計測装置は、配管１０の外表面
に対向設置された対をなす超音波トランスジューサ１
５、１６と、送信用超音波トランスジューサ１５にパル
ス状電気信号を出力する発生器１８と、受信用超音波ト
ランスジューサからのエコー電気信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器２１と、変換されたエコーデジタ
ル信号を演算処理する演算装置２２と、前記超音波トラ
ンスジューサ１５、１６の取付位置近傍に設置された配
管変形量計測装置２６とを備える。演算装置２２は配管
変形量計測装置２６からの配管変形量計測信号を入力
し、配管部の熱膨張等の配管変形量の較正を加えて前記
エコーデジタル信号を演算処理し、配管１０の温度変形
誤差を考慮して配管１０内の流体温度を正確に精度よく
測定可能にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の温度を非接
触で計測する超音波温度計測装置に係り、特に超音波透
過方式を採用し、原子力プラント等の配管内の流体（冷
却材）の平均温度を計測する超音波温度計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉や軽水炉等の原子力プラント
の冷却系配管あるいは化学プラントのプラント配管内を
流れる流体温度は、原子力プラントや化学プラントの運
転制御および監視を行なう上で重量な物理的プロセス量
である。

【０００３】このため、従来の原子力プラントでは、冷
却系配管を貫通するウェルを設け、このウェルを配管部
に溶接し、ウェル内に熱電材を挿入することにより、冷
却系配管内を流れる冷却材（流体）の温度を計測してい
る。

【０００４】しかしながら、冷却系配管を横断するよう
にウェルを貫通させ、このウェル内に熱電材を挿入して
冷却材温度を測定する冷却材温度計測装置では、冷却系
配管を貫通するウェルの存在により、ウェル部材に冷却
材流れのよどみが生じ、冷却材の流れを阻害するため
に、冷却部材温度を正確に精度よく測定することが困難
であったり、また、ウェルの存在により冷却材の流れを
阻害し、ウェル部材に乱流を生じさせるため、ウェル部
分を損傷させたり、破損させる恐れがあった。

【０００５】また、一般の産業分野では、超音波を気
体、液体および固体等の媒体中に伝播させたとき、伝播
速度が媒体温度によって変化することに着目して温度と
速度の関係を予め求めておき、超音波伝播時間の変化を
計測することにより、媒体中の平均温度を非接触で計測
する超音波温度計測技術が開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】原子力等の発電プラン
トや化学プラントでは、プラント配管内を流れる流体が
非常に高温であったり、また放射性を帯びていたり、化
学反応を伴なうもの等である場合、配管内を流れる流体
温度を効率よく、非接触で計測できるようにするには、
流体温度計測装置を如何に構成したらよいか問題になっ
ていた。

【０００７】また、流体中の平均温度を非接触で計測す
ることができる超音波温度計測技術を、配管内を流れる
流体温度の測定に適用するためには、超音波温度計測装
置を如何に構成したらよいか課題になっている。特に、
配管内を流れる流体が高温である場合、配管径の熱膨張
による変化を考慮した温度計測を行なう必要がある。

【０００８】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、配管内の流体温度を正確に精度よく非接触で
計測できる超音波温度計測装置を提供することを目的と
する。

【０００９】本発明の他の目的は、配管径の熱膨張変化
等を計測して配管温度変形量の誤差補正を行ない、超音
波透過方式により配管内の流体温度を正確に精度よく計
測できる超音波温度計測装置を提供するにある。

【００１０】本発明の別の目的は、超音波を配管の外部
から管内部へ効率よく入射させて超音波透過特性を向上
させ、非接触で配管内の流体の平均温度を正確に精度よ
く測定でき、超音波トランスジューサ取付構造の耐久性
を向上させた超音波温度計測装置を提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波温度
計測装置は、上述した課題を解決するために、請求項１
に記載したように、流体が満されている配管の外表面に
対向設置された対をなす超音波トランスジューサと、一
方の超音波トランスジューサにパルス状電気信号を出力
する信号発生器と、他方の超音波トランスジューサから
のエコー電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器と、変換されたエコーデジタル信号を入力して演算処
理する演算装置とを備え、さらに、前記超音波トランス
ジューサ取付位置近傍に配管変形量計測装置を設け、こ
の配管変形量計測装置からの計測信号を前記演算装置に
入力させる一方、上記演算装置は、前記エコーデジタル
信号に配管熱膨張等の配管変形量の較正を加えて演算処
理し、流体温度を計測するようにしたものである。

【００１２】請求項２に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、配管変形量計測装置は、
超音波トランスジューサの取付位置近傍の配管外表面に
取付けられた温度計と、この温度計からの温度計測信号
を取り込んで演算する演算装置とを有し、上記演算装置
は温度計測信号を取り込んで演算処理し、配管熱膨張等
の配管変形量を測定可能としたものである。

【００１３】請求項３に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、演算装置は、複数の温度
測定ポイントで温度計により計測された複数の温度計測
値と、上記温度計による温度計測と並行して配管内を伝
播する超音波伝播時間と、既知の配管内の流体の音速／
温度特性とから、求められた配管内径データの回帰曲線
を利用して温度較正を行なうアルゴリズムを有するもの
である。

【００１４】請求項４に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、配管は、保温材で被覆さ
れる一方、上記保温材の外側に配管変形量を計測する配
管変形量計測装置を設け、この配管変形量計測装置で、
配管熱膨張等の配管温度変形に伴う誤差を流体温度計測
に取り入れたものである。

【００１５】請求項５に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、配管変形量計測装置は、
配管を挟んだ直径方向対向位置で、保温材を貫通して配
管表面に至る細穴と、この細穴を通して配管表面にレー
ザ光を照射し、配管表面の温度変形量を直接計測する対
をなすレーザ距離計とを備え、上記レーザ距離計からの
計測信号を演算装置に取り込み、配管部の温度変形に伴
なう誤差を流体温度計測に取り入れたものである。

【００１６】請求項６に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、レーザ距離計は、複数対
の温度測定ポイントで配管表面までの距離を計測する一
方、演算装置は、上記計測信号を入力し、配管内径の計
測値回帰曲線を利用して流体の温度補正を行うアルゴリ
ズムを備えたものである。

【００１７】請求項７に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、配管変形量計測装置は、
配管を挟んだ対向位置で配管表面に接しかつ保温材より
外側方に突出する配管変形計測用延長棒を対をなして設
け、測定基準点から上記延長棒の変位量を変位量測定装
置で計測し、計測された延長棒の移動量から配管変形量
を測定するようにしたものである。

【００１８】請求項８に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、変位量測定装置は、測定
基準点に設けられたレーザ光発生器であり、このレーザ
光発生器により測定基準点からの延長棒の移動量を計測
するようにしたものである。

【００１９】請求項９に係る超音波温度計測装置は、上
述した課題を解決するために、変位量測定装置は、延長
棒に設置したレーザ光発生器であり、このレーザ光発生
器により測定基準点からの延長棒の移動量を計測するよ
うにしたものである。

【００２０】請求項１０に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、変位量測定装置は、延
長棒の軸延長線上に対向設置された相対変位量測定装置
であり、この測定装置で延長棒との相対変位量を計測し
て配管変形量を測定するようにしたものである。

【００２１】請求項１１に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、変位量測定装置は、延
長棒の移動量を検出する電磁コイルであり、この電磁コ
イルで測定基準点からの延長棒の移動量を計測して配管
変形量を測定するようにしたものである。

【００２２】請求項１２に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、電磁コイルは延長棒を
挿通自在にあるいは延長棒に対向して設置され、上記電
磁コイルに対する延長棒の相対変位量を計測して配管変
形量を測定するようにしたものである。

【００２３】請求項１３に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、流体が満されている配
管の外表面に対向設置された対をなす超音波トランスジ
ューサと、一方の送信用超音波トランスジューサに超音
波を発生させるパルス状電気信号を発信する信号発生器
と、他方の受信用超音波トランスジューサからのエコー
電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変
換されたエコーデジタル信号を入力して演算処理し、配
管内の流体温度を算出する演算装置とを有し、前記超音
波トランスジューサは超音波センサに内蔵され、この超
音波センサは超音波トランスジューサと配管表面との間
に介装される緩衝金属と、上記超音波トランスジューサ
を配管表面側に押付けるばね部材と、このばね部材のば
ね力を調整するばね力調整機構とを備え、上記ばね部材
のばね力により超音波トランスジューサと緩衝金属と配
管表面とを相互に密着させたものである。

【００２４】請求項１４に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、緩衝金属は、０．２％
耐力が２００ＭＰａである金属材料で構成され、超音波
透過効率を良好に維持したものである。

【００２５】請求項１５に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、緩衝金属は、ジルコニ
ウム、チタンまたはハフニウム等の高融点金属材料で構
成したものである。

【００２６】請求項１６に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、緩衝金属は、結晶粒径
が３ｍｍ以上の粒径を有する高融点金属材料で構成した
ものである。

【００２７】請求項１７に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、緩衝金属は、金、銀、
白金または銅等の貴金属材料で構成したものである。

【００２８】請求項１８に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、緩衝金属は、酸素濃度
を低くしたり、あるいは酸素を含有しない高融点金属材
料あるいは貴金属材料で構成したものである。

【００２９】請求項１９に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、超音波トランスジュー
サの前面に緩衝金属を拡散接合またはろう付け等の固着
手段で接合したものである。

【００３０】請求項２０に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、配管と緩衝金属が相互
に接触する配管表面および緩衝金属表面の少なくとも一
方に、水蒸気処理あるいは水酸化ナトリウム等の化学処
理により酸化被膜を形成したものである。

【００３１】請求項２１に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、配管と緩衝金属が相互
に接触する配管表面および緩衝金属表面の少なくとも一
方に窒化処理等により表面硬化処理を施したものであ
る。

【００３２】請求項２２に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、対をなす超音波トラン
スジューサは一方が送信用、他方が受信用で配管の直径
方向に対向して取付けられる一方、上記受信用超音波ト
ランスジューサは配管の軸方向に所定の距離をおいて複
数台設置され、複数の受信用超音波トランスジューサは
送信用超音波トランスジューサから発信され、配管内部
を透過する超音波をそれぞれ受信して演算装置に入力さ
せ、上記演算装置は、各受信側超音波トランスジューサ
で受信する超音波伝播時間の差と超音波トランスジュー
サ相互の位置関係とから、配管内径と配管内の流体温度
を計測したものである。

【００３３】請求項２３に係る超音波温度計測装置は、
上述した課題を解決するために、対をなす超音波トラン
スジューサは、一方が送信用、他方が受信用で配管の直
径方向に対向して取付けられる一方、上記送信用超音波
トランスジューサは、配管の軸方向に所定距離おいて複
数台設置され、複数の送信用超音波トランスジューサか
ら発信され、配管内部を透過する超音波を受信側超音波
トランスジューサで受信して演算装置に入力し、上記演
算装置は受信側超音波トランスジューサで検出される超
音波伝播時間の差と超音波トランスジューサ相互の位置
関係とから配管内径と配管内の流体温度を計測したもの
である。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明に係る超音波温度計測装置
の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

【００３５】本発明に係る超音波温度計測装置とは、高
温増殖炉や軽水炉等の原子力プラント、水素燃焼タービ
ンプラントや化学プラント等に適用される。

【００３６】図１は、本発明に係る超音波温度計測装置
を原子力プラントとしての高速増殖炉のプラント配管に
設置し、この配管内を流れる液体ナトリウム（冷却材）
の温度測定に適用した例を示す。

【００３７】図１において、符号１０は高速増殖炉のプ
ラント配管としての例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の
冷却系配管を示し、この冷却系配管１０内を冷却材（流
体）である液体ナトリウムＮが矢印方向に案内されるよ
うになっている。このナトリウムＮは、融点が９７．８
１℃、沸点が８８２℃の液体金属である。冷却系配管１
０は保温材１１で被覆され、液体ナトリウムＮから管外
部への熱放射が有効的に防止される。

【００３８】冷却系配管１０の途中には、取付窓１２が
開口しており、この取付窓１２を介して冷却系配管１０
に一対の超音波センサ１３、１４が管直径方向に対向し
て配管表面に設置される。対をなす超音波センサ１３、
１４は、内部に超音波を送受信する電磁式あるいは圧電
式超音波トランスジューサ１５、１６を内蔵している。
超音波センサ１３、１４は冷却系配管１０の外表面にセ
ンサ取付手段あるいはセンサクランプ手段を介して取付
けられる。

【００３９】冷却系配管１０の管直径方向に対向して設
置された対をなす超音波トランスジューサ１５、１６は
一方が送信（発信）用、他方が受信用に構成される。送
信用超音波トランスジューサ１５は高圧のパルス状電気
信号を発生させる信号発生器１８に電気的に接続され
る。信号発生器１８から高圧のパルス状電気信号が送信
用超音波トランスジューサ１５に印加されると、超音波
トランスジューサ１５はこの電気信号を変換して超音波
を発生させるようになっている。発生した超音波は冷却
系配管１０内に入射され、配管内部の液体ナトリウムＮ
内を透過して受信側超音波トランスジューサ１６で受信
される。

【００４０】受信側超音波トランスジューサ１６は、液
体ナトリウムＮを透過した超音波を受信してエコー電気
信号に変換しており、変換されたエコー電気信号は受信
用アンプ回路２０で増幅されてＡ／Ｄ変換器２１に入力
され、このＡ／Ｄ変換器２１でエコーデジタル信号に変
換されて演算装置２２に取り込まれる。

【００４１】演算装置２２は伝播時間計測回路２３と温
度演算回路２４とを備えており、Ａ／Ｄ変換器２１によ
りデジタル化された超音波受信信号（エコーデジタル信
号）が、伝播時間計測回路２３に入力される。伝播時間
計測回路２３は、超音波受信信号の最初の信号ピーク位
置までの遅れ時間ｔ₁を計測する。この遅れ時間ｔ₁は
図２（Ａ）および（Ｂ）で示すように、送信用超音波ト
ランスジューサ１５と受信用超音波トランスジューサ１
６間の全超音波経路のうち、最短時間で伝播した直進波
の超音波伝播時間である。

【００４２】次に冷却系配管１０の配管内部で１往復半
して透過してきた２番目の信号ピーク位置までの時間ｔ
₂を計測する。２番目のピーク信号時間ｔ₂と１番目の
ピーリ信号時間ｔ₁との時間差を計測し、この計測値を
液体ナトリウムＮ中の冷却系配管１０内１往復分の超音
波伝播時間ｔｄとして温度演算回路に伝送する。

【００４３】さらに、冷却系配管１０の配管内部で２往
復半して透過してきた３番目の信号ピーク位置までの時
間ｔ₃を計測してもよい。３番目のピーク信号時間ｔ₃
と１番目のピーク信号時間ｔ₁との時間差を計測し、こ
の計測値を温度演算回路２４に冷却系配管１０内２往復
分の超音波伝播時間２・ｔｄとして伝送してもよい。計
測精度をより一層向上させることができる。

【００４４】なお、図２（Ｂ）に示された超音波の受信
波形において、１番目、２番目、３番目・・・Ｎ番目の
ピーク信号以降に減表的に表われるエコー信号は、多重
エコー信号である。この多重エコー信号は冷却系配管１
０の配管部を超音波の反射が多重に行われることにより
表われる超音波多重反射信号である。

【００４５】一方、演算装置２２の温度演算回路２４
は、得られた超音波伝播時間ｔｄと冷却系配管１０の配
管径（内径）Ｄとから音速Ｖを計算することができる。

【００４６】

【数１】Ｖ＝Ｄ／ｔｄ ……（１）

【００４７】また、液体ナトリウムＮ中の音速Ｖと温度
Ｔの既知の関係式から液体ナトリウムＮの温度Ｔ（℃）
を算出することができる。液体ナトリウムＮの温度Ｔ
（℃）と音速Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の関係式は、次式で表さ
れる。

【００４８】

【数２】Ｖ＝２５７７．２５−０．５２４Ｔ ……（２）

【００４９】ところで、冷却系配管１０は、高温の液体
ナトリウムＮを案内するために、熱膨張を考慮する必要
がある。冷却系配管１０の配管内径Ｄは実際には固定値
ではなく、熱膨張などに伴う温度変形がある。配管内径
Ｄの変化を計測するために、超音波センサ１３、１４の
近傍に配管変形量計測装置２６を構成する高精度温度計
２７が着脱機構２８により着脱可能に装着される。高精
度温度計２７は、冷却系配管１０の長手方向あるいは周
方向に複数箇所設けられ、複数の温度判定ポイントで冷
却系配管１０の配管表面温度を測定してもよい。高精度
温度計２７として例えば温度による電気抵抗の変化を利
用した白金抵抗温度計やサーミスター、温度差による起
電力を利用した熱電対、温度による曲りを利用したバイ
メタル温度計等がある。

【００５０】高精度温度計２７の測定結果から配管内径
Ｄと温度Ｔの関係式が、次の関数Ｄ＝ｆ（Ｔ）で表され
るとすると、超音波の送受信により得られる冷却系配管
１０内の超音波伝播時間ｔｄから得られた（１）式は、

【数３】Ｖ＝Ｄ／ｔｄ＝ｆ（Ｔ）／ｔｄ ……（３）となる。

【００５１】また、一般に流体の温度Ｔと音速Ｖの関係
は

【数４】Ｖ＝ｇ（Ｔ） ……（４）の関数で表され、これらの（３）、（４）式から固定値
の配管内径Ｄに代えて温度関数ｆ（Ｔ）を適用すること
により、配管熱膨張等の配管温度変形量を補正した流体
温度測定が可能となる。

【００５２】高精度温度計２７からの温度計測信号は温
度計変換器２９で検出温度信号を配管径の値に相当する
信号に変換されて演算装置２２に入力され、この演算装
置２２内で上記の演算処理が行われる。したがって、演
算装置２２は、高精度温度計２７およびその変換器２９
とともに配管変形量計測装置２６を構成し、この配管変
形量計測装置２６で熱膨張等に伴う配管変形量、ひいて
は配管内径Ｄの変化を検出することができる。

【００５３】具体的には、複数の高精度温度計２７によ
り計測された冷却系配管１０の配管表面の正確な温度デ
ータを（２）式に代入して音速値Ｖを求め、この音速値
Ｖと計測された超音波伝播時間（超音波のフライトタイ
ムデータ）ｔｄから配管内径Ｄを計算で求めることがで
き、求めた配管内径データの回帰曲線に適用することに
より、配管内径Ｄの温度による径変化を考慮することが
できる。配管内径Ｄデータの回帰曲線は温度の関数で表
示され、配管内径Ｄの温度特性を表すＤ＝ｆ（Ｔ）によ
り音速Ｖを（３）式で近似することができる。

【００５４】以上の較正作業で冷却系配管１０の配管内
径Ｄの温度膨張を考慮することができ、この較正作業で
求められた最新データにより、温度演算回路２４内に収
納された近似式（３）を更新することにより、高精度温
度計２７を取り外した後にも、冷却系配管１０の配管熱
膨張を考慮することができ、これにより、配管熱膨張分
を較正した流体（液体ナトリウムＮ）の温度を正確に測
定することができる。

【００５５】すなわち、高精度温度計２７を取り外して
も、新たな計測で得られた超音波伝播時間ｔｄと、冷却
系配管１０内のナトリウム温度／音速特性を示す（２）
式から、配管熱膨張等の温度による配管変形量を考慮で
き、流体温度（ナトリウム温度）を、配管変形量分較正
して、精度よく求めることができる。冷却系配管１０の
配管部の熱膨張挙動に再現性がある限り、配管熱膨張に
よる冷却材（ナトリウム）温度の累積誤差を低減させる
ことができる。

【００５６】この超音波温度計測装置は冷却系配管１０
内を流れる流体（液体ナトリウムＮ）の温度を正確に精
度よく非接触で計測することができる超音波透過方式を
採用した温度計測装置である。この超音波温度計測装置
は冷却系配管１０の熱による配管内径の変化を考慮した
流体（液体ナトリウム）温度を測定するために、冷却系
配管１０には超音波センサ１３の近傍に配管変形量計測
装置２６を構成する高精度温度計２７を配管表面に密着
させて設ける。

【００５７】高精度温度計２７による温度計測値と、こ
の温度計測の際に測定された配管内透過の超音波伝播時
間（超音波のフライトタイムデータ）ｔｄと、別途測定
された既知の流体の音速データとから、各測定点におけ
る配管内径を求めることにより、配管膨張を正確に検知
し、配管膨張分の流体温度誤差の補正（較正）を行なう
ことができる。

【００５８】ところで、図１に示された超音波温度計測
装置において、超音波センサ１３（１４）は図３に示さ
れるセンサ取付構造を有し、センサケース３０の内部に
超音波トランスジューサ１５（１６）を収納している。
超音波トランスジューサ１５はコネクタ３１を介して外
部に電気的接続可能に構成される一方、超音波トランス
ジューサ１５は弾性押圧手段であるばね部材３２により
センサ押付け部３３を介して緩衝金属３４側にばね付勢
されている。

【００５９】ばね部材３２のばね力は背側（図３におい
て上側）に設けられたばね力調整機構３５により調整さ
れる。ばね力調整機構３５は調整ねじを備えており、ば
ね力調整機構３５のねじ調整により、ばね部材３２の圧
縮変位量が調整され、ばね力が調整制御されるようにな
っている。

【００６０】また、超音波トランスジューサ１５（１
６）は超音波と電気信号の相互変換器であり、超音波ト
ランスジューサ１５から発信される超音波を冷却系配管
１０の配管内径へ効率よく入射させるために、冷却系配
管１０側に接触媒質（カップラント）として緩衝金属３
４が設置される。緩衝金属３４は超音波の接触媒質とし
て靭性に富んだ金属板等の金属材料で構成され、超音波
トランスジューサ１５と冷却系配管１０との間に密に介
装される。

【００６１】緩衝金属３４は、超音波透過特性が良好な
金属材料、例えば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐ
ｔ）および銀（Ａｇ）等の貴金属材料や、ジルコニウム
（Ｚｒ；融点１９００℃）、チタン（Ｔｉ；融点１６７
５℃）、ハフニウム（Ｈｆ；融点２１５０℃）等のクリ
スタルバーのような高融点金属材料が用いられる。

【００６２】緩衝金属３４は、超音波トランスジューサ
１５から発信される超音波Ｘを冷却系配管１０内に効率
よく入射させ、超音波の透過効率を良好とするために、
ばね部材３２の押圧力で柔軟に変形し、超音波トランス
ジューサ１５および冷却系配管１０の表面同士の微小な
凹凸に対して確実に密着固定させ得るように密着性に優
れた軟質金属材料が用いられる。この軟質性を維持する
ために、酸素濃度を低くしたり、酸素を含有しない純
銅、純金またはクリスタルバーＺｒ，クリスタルバーＴ
ｉ又クリスタルバーＨｆ等の０．２％耐力が２００ＭＰ
ａ以下である金属材料が使用される。酸素を多く含有す
る金属材料は材料硬化が大きいため好ましくない。

【００６３】また、クリスタルバーのＺｒ，Ｔｉ，Ｈｆ
を緩衝金属３４として用いた場合、いずれも高融点金属
材料で融点が高く、高温でも金属成分が安定しているた
めに、金属成分が冷却系配管１０の母材内に移行し、浸
透するのを未然にかつ有効的に防止できる。このため、
緩衝金属３４を長時間変換せずに安定的に使用すること
ができる。さらに、緩衝金属３４の金属成分が冷却系配
管１０の配管部に移行し、浸透するのをより一層効果的
に防止するため、緩衝金属３４に用いる金属材料は、純
度が高い高融点金属材料で結晶粒径が比較的大径、例え
ば３ｍｍ以上の粒径のものが好ましい。

【００６４】さらに、貴金属材料や高融点金属材料製の
緩衝金属３４に代えて、水ガラス等のカップラントを接
触媒質として用いてもよい。

【００６５】ところで、緩衝金属３４は超音波トランス
ジューサ１５と冷却系配管１０の間に挟み込まれるか、
あるいは超音波トランスジューサ１５の前面に接合され
る。超音波トランスジューサ１５の前面に緩衝金属３４
を接合して配管表面に対して垂直方向に押し付けること
により、良好な超音波透過特性を実現することができ
る。

【００６６】緩衝金属３４の超音波トランスジューサ１
５の前面への接合は、拡散接合（拡散溶接）あるいはろ
う付け等の固着手段で行なわれる。超音波トランスジュ
ーサ１５の前面に緩衝金属３４を拡散接合あるいはろう
付けで事前に接合した状態で超音波センサ１３内に治め
ることにより、超音波の透過効率をより一層向上させる
ことができる。

【００６７】この場合にも、緩衝金属３４の金属成分が
冷却系配管１０内に拡散し、浸透して配管部の強度低下
が生じないように、配管表面に拡散する緩衝金属３４の
接触表面および配管表面の少なくとも一方に、図４に示
すように薄い酸化皮膜３８、３９を形成するのが好まし
い。

【００６８】酸化皮膜３８、３９の厚さは、超音波透過
特性を維持する観点から例えば１μｍ以下の所要の薄い
膜厚であることが好ましい。酸化皮膜３８、３９はオー
トクレーブ等による水蒸気処理、または水酸化ナトリウ
ム等の化学処理により形成される。この酸化皮膜３８は
高温状態、例えば５３０℃程度に熱せられた状態でも安
定で、しかも緻密で緩衝金属３４の接触表面を覆ってい
るために、緩衝金属３４の金属成分の配管部への移行や
配管部内への浸透を効率よく、効果的に防止できる。

【００６９】緩衝金属３４の酸化皮膜３８と同様な方法
で、冷却系配管１０の表面、少なくとも緩衝金属３４と
接触する部分に酸化皮膜３９を形成することにより、緩
衝金属３４の金属成分の配管内部への移行防止機能をさ
らに強化できる。

【００７０】緩衝金属３４の配管表面への接触表面また
は配管表面に薄い酸化皮膜３８、３９を形成することに
より、超音波温度計測装置は配管部の取扱い温度範囲に
おいて、緩衝金属３４の配管内部への金属成分の移行、
浸透を有効的に防止できる。配管部の温度範囲は、液体
ナトリウムＮを取扱う場合、１００℃〜８５０℃程度の
温度範囲が可能であるが、高速増殖炉では実施には５３
０℃程度以下の温度範囲であり、この温度範囲で酸化皮
膜３８、３９は緩衝金属３４の金属成分が配管内に移行
したり、浸透するのを有効的に防止している。

【００７１】さらに、緩衝金属３４の接触表面または配
管表面に図４に示すように薄い酸化皮膜３８、３９を形
成する代りに、あるいは薄い酸化皮膜の形成とともに、
緩衝金属３４の表面部分および配管表面の少なくとも一
方に窒化処理等の表面硬化処理を施してもよい。

【００７２】緩衝金属３４の配管表面への接触表面また
は配管表面に表面硬化処理を施し、表面側に硬化層を形
成することにより、薄い酸化皮膜と同様、緩衝金属３４
の金属成分が配管部へ移行し、浸透するのを有効的に防
止できる。

【００７３】次に、超音波センサ１３（１４）の具体的
取付構造を図５乃至図７に例示する。

【００７４】超音波トランスジューサを内蔵した超音波
センサ１３は、センサクランプ手段あるいはセンサ取付
手段４０により冷却系配管１０に取付けられる。センサ
クランプ手段４０は割型構造の取付クランプ４１を有
し、この取付クランプ４１は２分割可能なクランプ割型
４３、４４を締付ボルトナット等の締結手段４５で一体
的に組み立てたものである。

【００７５】クランプ割型４３、４４は、半環状あるい
はフランジ状の一対の本体プレート４６を円弧状のブリ
ッジプレート４７で連結して一体的に組み立て、周方向
両側を連結フランジ４８で補強したものである。対をな
すクランプ割型４３、４４は連結フランジ４８同士が締
結手段４５で連結されて組み立てられたものである。

【００７６】また、取付クランプ４１はクランプ割型４
３、４４の長手方向（周方向）中央部にセンサ取付孔４
９を形成し、このセンサ取付孔４９に超音波センサ１３
（１４）が外側から冷却系配管１０に接触するように挿
通され、挿通された超音波センサ１３は補強リブ５０で
補強され、精度よく立設される。補強リブ５０は超音波
センサ１３と本体プレート４６との間に立設されて超音
波センサ１３を安定的に保持している。

【００７７】さらに、取付クランプ４１は、本体プレー
ト４６から外側方であって冷却系配管１０の軸方向に位
置決めブラケット５１を突設しており、この位置決めブ
ラケット５１を廻り止めバンド５２の位置決め部５３に
凹凸結合させて取付クランプ４１の位置決めを行なって
いる。廻り止めバンド５２は取付クランプ４１の両側に
設けられる一方、位置決めブラケット５１は周方向に沿
って略等間隔に複数個設けられている。

【００７８】なお、図５乃至図７において、符号５４は
内装板であり、符号５５は火傷防止カバーである。

【００７９】超音波センサ１３（１４）は図５乃至図７
に示されるセンサクランプ手段４０により、冷却系配管
１０の外表面に接触するように安定的に精度よく取付け
られる。

【００８０】超音波センサ１３はセンサクランプ手段あ
るいはセンサ取付手段４０で冷却系配管１０の配管外表
面に取付ける代りに、図８および図９に示すように、冷
却系配管１０に管台５７を配管直径方向に対向した例え
ば２箇所に対をなして設け、この管台５７に取付台座５
８を固定して超音波センサ１３（１４）を取付けてもよ
い。

【００８１】具体的には、取付台座５８の底面が冷却系
配管１０の管内面と略面一に溶接にて固定する一方、取
付台座５８に形成される取付凹部５９にねじを刻設し、
この取付ねじに超音波センサ１３（１４）をねじ結合さ
せて取付け、点付け溶接等で廻り止めすることにより、
超音波センサ１３が冷却系配管１０の取付台座５８に立
設され、固定される。

【００８２】超音波センサ１３は冷却系配管１０に形成
された管台５７を利用し、この管台５７に取付座５８を
設けて超音波センサ１３を設置し、固定させる取付構造
でもない。超音波センサ１３の取付構造はこれ以外にも
種々の取付構造が考えられる。

【００８３】次に、本発明に係る超音波温度計測装置の
第２実施形態について図１０を参照して説明する。

【００８４】第２実施形態に示された超音波温度計測装
置は、配管変形量計測装置６０の構成を、図１に示され
た超音波温度計測装置と基本的に異にし、他の構成は実
質的に異ならないので、同一符号を用いて説明を省略す
る。

【００８５】配管変形量計測装置６０は超音波センサ１
３（１４）の取付位置近傍に設けられ、保温材１１に冷
却系配管１０の直径方向対向位置に細穴６１を形成し、
各細穴６１を通してレーザ光Ｌを照射するレーザ距離計
６２をそれぞれ対をなして備える。保温材１１に形成さ
れる細穴６１は保温材１１を外部から放射方向内側に貫
通して配管表面に至っており、この細穴６１を通してレ
ーザ距離計６２からレーザ光を照射することで、レーザ
距離計６２と配管表面間の距離を測定することができ
る。

【００８６】レーザ距離計６２は予め所定位置に固定さ
れているため、レーザ距離計６２で計測された距離計測
信号をレーザ距離計変換器６３で配管内径の値に変換し
て演算装置２２に入力させることにより、この演算装置
２２で配管表面の変位量を演算処理して熱膨張等の配管
変位量を測定することができる。

【００８７】したがって、この超音波温度計測装置にお
いては、冷却系配管１０の直径方向に対抗して設置され
た一対のレーザ距離計６２で配管表面の熱膨張変位を直
接計測することができ、この一対のレーザ距離計６２か
らの距離計測信号を演算装置２２に取り込むことで、演
算装置２２は、冷却系配管１０の配管部熱膨張分の誤差
を補正して流体である液体ナトリウムＮの温度を正確に
精度よく測定することができる。

【００８８】冷却系配管１０の配管熱膨張分を較正して
流体である液体ナトリウムＮの温度を測定する作用、効
果は、図１に示されたものと実質的に異ならないので説
明を省略する。

【００８９】図１１は、本発明に係る超音波温度計測装
置の第３実施形態を示すものである。

【００９０】この第３実施形態に示された超音波温度計
測装置は、配管変形量計測装置６５の構成と、図１に示
された超音波温度計測装置と基本的に異にし、他の構成
は実質的に異ならないので、同一符号を用いて説明を省
略する。

【００９１】図１１に示された超音波温度計測装置は、
配管変形量計測装置６５に一対の配管変形計測用延長棒
６６を設け、この延長棒６６の基準点からの変位を変位
量測定装置６７で測定することにより、冷却系配管１０
の変形量を測定するようにしたものである。

【００９２】一対の配管変形計測用延長棒６６は、冷却
系配管１０の直径方向に対向して設置され、保温材１１
に形成された小孔６８を貫いて先端が配管表面に接触し
ている。上記延長棒６６は保温材１１の外側でサポート
部材６９によりスライド自在に支持される。サポート部
材６９は延長棒６６を常時配管表面側に押圧するように
支持されており、配管変形計測用延長棒６６のスライド
量を変位量測定装置６７で検出することにより、延長棒
６６の基準点からの変位量が測定され、冷却系配管１０
の配管変形量を測定することができるようになってい
る。

【００９３】変位量測定装置６７で測定された変位計測
信号は変位量測定装置変換器６８で配管内径の値に変換
して演算装置２２に入力され、この演算装置２２で冷却
系配管１０の熱膨張等の配管変形に伴なう誤差が補正さ
れて流体である流体ナトリウムＮの温度が計測される。

【００９４】その後、変位量測定装置６７は基準点に設
置したレーザ光発生器、例えばレーザ距離計で構成し、
このレーザ光発生器で延長棒６６の移動量を計測するよ
うにしてもよい。また、レーザ光発生器を延長棒６６に
設け、この延長棒６６に設置したレーザ光発生器により
基準点からの移動量を計測し、冷却系配管１０の変形量
を測定するようにしてもよい。

【００９５】さらに、変位量測定装置６７は延長棒６６
の軸方向延長上に、延長棒６６と対向して設置した相対
変位量測定装置、例えばレーザ距離計であってもよい。
この相対変位量測定装置は予め設定された位置に取付け
られており、相対変位量測定装置により延長棒６６との
相対変位量を測定して冷却系配管１０の変形量を測定し
てもよい。

【００９６】また、配管変形計測用延長棒６６の変位量
を電磁コイルで測定するようにしてもよい。この場合、
電磁コイルが配管変形量計測装置６５を構成してる。電
磁コイルは配管変形計測用延長棒６６を挿通自在に支持
しても、また、上記延長棒６６に併設されるものであっ
てもよい。電磁コイルはある基準点と延長棒６６の間に
設けてもよい。いずれにしても、電磁コイルが延長棒６
６の基準点からの変位量を検出し、検出された変位量か
ら冷却系配管１０の変形量を測定できるようにしたもの
であればよい。

【００９７】図１２は本発明に係る超音波温度計測装置
の第４実施形態を示すものである。

【００９８】この実施形態に示された超音波温度計測装
置は、超音波センサ１３、１４の配置構造を図１に示さ
れた超音波温度計測装置と実質的に異にする。他の構成
は、図１に示された超音波温度計測装置と実質的に異な
らないので同一符号を付して説明を省略する。図１２に
示された超音波温度計測装置では、配管変形量計測装置
を必ずしも設けなくてもよい。

【００９９】冷却系配管１０の直径方向に対向した位置
に対をなす超音波センサ１３；１４Ａ，１４Ｂが設置さ
れる。対をなす超音波センサの一方は送信用で送信用超
音波トランスジューサ１５を内蔵している。他方の超音
波センサ１４Ａ，１４Ｂは受信用で冷却系配管１０の軸
方向に所定距離ｄだけ離れて２台の受信用超音波センサ
が設置される。各受信用超音波センサ１４Ａ，１４Ｂは
送信用超音波トランスジューサ１５から冷却系配管１０
内に入射され、配管内部の液体ナトリウムＮを透過した
超音波をそれぞれ受信する受信用超音波トランスジュー
サ１６Ａ，１６Ｂを内蔵している。受信用超音波センサ
１４Ａ，１４Ｂは冷却系配管に複数台設置してもよい。

【０１００】受信用超音波トランスジューサ１６Ａ，１
６Ｂで受信した超音波はエコー電気信号に変換されて受
信用アンプ回路２０に入力されて増幅され、以後はＡ／
Ｄ変換器２１によりエコーデジタル信号に変換されて演
算装置２２に入力され、演算処理されるようになってい
る。

【０１０１】しかして、受信用超音波トランスジューサ
１６Ａ，１６Ｂ間の設置間隔（距離ｄ）は予め設定され
て既知であるので、送信用と各受信用超音波トランスジ
ューサ１６Ａ，１６Ｂ間の距離を測定することができ
る。

【０１０２】一方、送信用超音波トランスジューサ１５
から発信される超音波は、配管内部に扇状に拡散して指
向され、配管内部を通って各受信用超音波トランスジュ
ーサ１６Ａ，１６Ｂに受信され、各受信用超音波トラン
スジューサ１６Ａ，１６Ｂで受信される超音波伝播時間
の差△ｔは、受信用超音波トランスジューサ１６Ａ，１
６Ｂ間の距離ｄと流体（液体ナトリウムＮ）の温度Ｔの
関数として表示できる。すなわち、超音波伝播時間の差
△ｔは、

【数５】 △ｔ＝ｇ（ｄ，ｔ） ……（５）で表され、この（５）式を解くことにより、距離ｄを既
知として超音波伝播時間内の差△ｔの測定により、冷却
系配管１０内の流体温度をを求めることができる。これ
らの演算は演算装置２２内で行なわれ、この演算装置２
２は各受信側超音波トランスジューサ１６Ａ，１６Ｂで
受信する超音波伝播時間の差△ｔと、受信側超音波トラ
ンスジューサ１６Ａ，１６Ｂの相互の位置関係（距離
ｄ）とから冷却系配管１０の配管内径Ｄと配管内流体温
度を計測することができる演算装置２２により配管内径
Ｄと配管内流体温度の測定ができ、温度による配管膨張
の温度計測誤差を低減することができる。

【０１０３】図１３は、本発明に係る超音波温度計測装
置の第５実施形態を示すものである。

【０１０４】この実施形態に示された超音波温度計測装
置は、超音波センサ１３Ａ，１３Ｂ：１４の配置構造に
特徴を有する。この超音波センサ配置構造は送信側に複
数台の超音波センサ１３Ａ，１３Ｂを冷却系配管１０の
軸方向に所定の距離ｄをおいて配置し、受信側に一台の
超音波センサ１４を配置したもので、第４実施形態のよ
うに送信側に一台、受信側に複数台の超音波センサをそ
れぞれ配置したものと異にする。他の構成は、図１２に
示された超音波温度計測装置と実質的に同一であり、異
ならないので、同一符号を付して説明を省略する。

【０１０５】送信用超音波センサ１３Ａ，１３Ｂは、配
管軸方向に所定の距離ｄをおいて例えば一対設置し、各
送信用超音波センサ１３Ａ，１３Ｂからそれぞれ発信さ
れる超音波が冷却系配管１０の管内部を通り、受信用超
音波センサ１５に到達する超音波伝播時間の差を測定
し、この超音波伝播時間の差と送受信超音波センサ１３
Ａ，１３Ｂ：１４相互の位置関係を元に、冷却系配管１
０の配管内径Ｄと冷却材である流体温度を計測すること
ができる。この配管内径Ｄと流体温度の計測は演算装置
２２内で行なわれる。

【０１０６】具体的には、送信用超音波センサ１３Ａ，
１３Ｂに内蔵された送信用超音波トランスジューサ１５
Ａ，１５Ｂ間の間隔（距離ｄに相当）が既知であり、こ
れらの超音波トランスジューサ１５Ａ，１５Ｂと受信用
超音波トランスジューサ１６の相対位置関係も予め知ら
れている。

【０１０７】この状態で、送信用超音波トランスジュー
サ１５Ａ，１５Ｂから例えば同時に（個別であってもよ
い。）に超音波を発信しても、冷却系配管１０の配管１
０部を通って受信用超音波トランスジューサ１６に到達
する超音波には時間差が生じる。この超音波透過時間の
時間差と各超音波トランスジューサ１５Ａ，１５Ｂ，１
６の既知の相互の位置関係とを、演算装置２２内で演算
処理することにより、冷却系配管１０の配管内径Ｄと冷
却材の温度を計測することができる。

【０１０８】なお、本発明の各実施形態においては、超
音波温度計測装置を高速増殖炉の冷却系配管内を案内さ
せる冷却材（液体ナトリウム）の温度測定に適用した例
を示したが、この超音波温度測定装置は、軽水炉の原子
力プラントの配管内流体温度や、水素燃焼発電プラント
等の各種発電プラントあるいは化学プラントのプラント
配管内を案内させる流体温度の計測に適用することがで
きる。

【０１０９】また、本発明の実施形態では、対をなす超
音波トランスジューサを配管の直径方向に配置した超音
波透過型の超音波温度計測装置に適用した例を示した
が、この超音波温度計測装置を反射型として応用するこ
ともできる。この場合には、１つの超音波トランスジュ
ーサを送受信用として兼用させたり、あるいは配管の直
径方向一側に送信用、受信用の超音波トランスジューサ
を並設することにより構成される。反射型の場合、本発
明の各実施形態で示される超音波トランスジューサの一
方が故障した場合等に有効である。

【０１１０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る超音
波温度計測装置においては超音波トランスジューサ取付
位置の近傍に配管変形量計測装置を設け、この配管変形
量計測装置で配管の熱膨張等の温度に起因する配管変形
量を考慮して、配管変形量による温度誤差補正を行な
い、温度による配管変形量を較正した配管内流体の温度
計測を被計測流体と接触させることなく、無接触で精度
よく温度測定を行なうことができる。

【０１１１】また、本発明に係る超音波温度計測装置に
おいては、超音波トランスジューサと配管表面との間に
緩衝金属を配置し、超音波トランスジューサから発信さ
れた超音波を配管内に効率よく入射させ、配管内部を透
過した超音波を受信側の超音波トランスジューサで効率
よく受信することができるので、配管内部の流体の平均
温度計測を高精度に能率よく行なうことができる一方、
耐久性に優れた超音波トランスジューサ取付構造を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波温度計測装置の第１実施形
態を示す図。

【図２】（Ａ）は超音波トランスジューサによる超音波
送受信の概念を示す図、（Ｂ）は超音波トランスジュー
サで受信される超音波受信波形を示す図。

【図３】図１に示された超音波温度計測装置に用いられ
る超音波センサの取付構造を示す略示的な断面図。

【図４】冷却系配管に設置される超音波トランスジュー
サの取付構造を示す図。

【図５】超音波センサを冷却系配管に取付けるセンサク
ランプ（センサ取付）構造を示す図。

【図６】図５のVI−VI線に示すセンサクランプ（センサ
取付）構造を示す図。

【図７】図５に示された超音波センサのセンサクランプ
構造を拡大して示す断面図。

【図８】超音波センサを冷却系配管に取付ける他のセン
サ取付構造を示す図。

【図９】図８に示されたセンサ取付構造を拡大して示す
図。

【図１０】本発明に係る超音波計測装置の第２実施形態
を示す構成図。

【図１１】本発明に係る超音波計測装置の第３実施形態
を示す構成図。

【図１２】本発明に係る超音波計測装置の第４実施形態
を示す構成図。

【図１３】本発明に係る超音波計測装置の第５実施形態
を示す構成図。

【符号の説明】

１０冷却系配管１１保温材１２取付窓１３超音波センサ１４超音波センサ１５超音波トランスジューサ１６超音波トランスジューサ１８信号発生器２０受信用アンプ回路２１Ａ／Ｄ変換器２２演算装置２３伝播時間計測回路２４温度演算回路２６配管変形量計測装置２７高精度温度計（温度計）２８着脱機構２９高精度温度計変換器３０センサケース３１コネクタ３２ばね部材３３センサ押付け部３４緩衝金属３５ばね力調整機構３８酸化皮膜３９酸化皮膜４０サンサクランプ手段（センサ取付手段）４１取付クランプ４３クランプ割型４４クランプ割型４５締結手段４６本体プレート４７ブリッジプレート４８連結フランジ４９センサ取付孔５０補強リブ５１位置決めブラケット５２廻り止めバンド５３位置決め部５４内装板５５火傷防止カバー５７管台５８取付台座５９取付凹部６０配管変形量計測装置６１細穴６２レーザ距離計６３レーザ距離計変換器６５配管変形量計測装置６６配管変形計測用延長棒６７変位量測定装置６８小孔６９サポート部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林田均茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 核燃料サイクル開発機構大洗工学センター内 (72)発明者唐沢博一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者小舞正文神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者立石浩史神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者大嶋巌神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者島野国男神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者東中川恵美子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2F056 VS03 VS04 VS06 VS09 WF01 WF08 XA07 2G075 AA01 BA03 CA13 CA40 DA03 FA17 FB05 FB16 FC14 GA21 GA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が満されている配管の外表面に対向
設置された対をなす超音波トランスジューサと、一方の
超音波トランスジューサにパルス状電気信号を出力する
信号発生器と、他方の超音波トランスジューサからのエ
コー電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
と、変換されたエコーデジタル信号を入力して演算処理
する演算装置とを備え、さらに、前記超音波トランスジ
ューサ取付位置近傍に配管変形量計測装置を設け、この
配管変形量計測装置からの計測信号を前記演算装置に入
力させる一方、上記演算装置は、前記エコーデジタル信
号に配管熱膨張等の配管変形量の較正を加えて演算処理
し、流体温度を計測するようにしたことを特徴とする超
音波温度計測装置。
【請求項２】配管変形量計測装置は、超音波トランス
ジューサの取付位置近傍の配管外表面に取付けられた温
度計と、この温度計からの温度計測信号を取り込んで演
算する演算装置とを有し、上記演算装置は温度計測信号
を取り込んで演算処理し、配管熱膨張等の配管変形量を
測定可能とした請求項１に記載の超音波温度計測装置。
【請求項３】演算装置は、複数の温度測定ポイントで
温度計により計測された複数の温度計測値と、上記温度
計による温度計測と並行して配管内を伝播する超音波伝
播時間と、既知の配管内の流体の音速／温度特性とか
ら、求められた配管内径データの回帰曲線を利用して温
度較正を行なうアルゴリズムを有する請求項２に記載の
超音波温度計測装置。
【請求項４】配管は、保温材で被覆される一方、上記
保温材の外側に配管変形量を計測する配管変形量計測装
置を設け、この配管変形量計測装置で、配管熱膨張等の
配管温度変形に伴う誤差を流体温度計測に取り入れた請
求項１に記載の超音波温度計測装置。
【請求項５】配管変形量計測装置は、配管を挟んだ直
径方向対向位置で、保温材を貫通して配管表面に至る細
穴と、この細穴を通して配管表面にレーザ光を照射し、
配管表面の温度変形量を直接計測する対をなすレーザ距
離計とを備え、上記レーザ距離計からの計測信号を演算
装置に取り込み、配管部の温度変形に伴なう誤差を流体
温度計測に取り入れた請求項４に記載の超音波温度計測
装置。
【請求項６】レーザ距離計は、複数対の温度測定ポイ
ントで配管表面までの距離を計測する一方、演算装置
は、上記計測信号を入力し、配管内径の計測値回帰曲線
を利用して流体の温度補正を行うアルゴリズムを備えた
請求項５に記載の超音波温度計測装置。
【請求項７】配管変形量計測装置は、配管を挟んだ対
向位置で配管表面に接しかつ保温材より外側方に突出す
る配管変形計測用延長棒を対をなして設け、測定基準点
から上記延長棒の変位量を変位量測定装置で計測し、計
測された延長棒の移動量から配管変形量を測定するよう
にした請求項１または請求項４に記載の超音波温度計測
装置。
【請求項８】変位量測定装置は、測定基準点に設けら
れたレーザ光発生器であり、このレーザ光発生器により
測定基準点からの延長棒の移動量を計測するようにした
請求項７に記載の超音波温度計測装置。
【請求項９】変位量測定装置は、延長棒に設置したレ
ーザ光発生器であり、このレーザ光発生器により測定基
準点からの延長棒の移動量を計測するようにした請求項
７に記載の超音波温度計測装置。
【請求項１０】変位量測定装置は、延長棒の軸延長線
上に対向設置された相対変位量測定装置であり、この測
定装置で延長棒との相対変位量を計測して配管変形量を
測定するようにした請求項７に記載の超音波温度計測装
置。
【請求項１１】変位量測定装置は、延長棒の移動量を
検出する電磁コイルであり、この電磁コイルで測定基準
点からの延長棒の移動量を計測して配管変形量を測定す
るようにした請求項７に記載の超音波温度計測装置。
【請求項１２】電磁コイルは延長棒を挿通自在にある
いは延長棒に対向して設置され、上記電磁コイルに対す
る延長棒の相対変位量を計測して配管変形量を測定する
ようにした請求項１１に記載の超音波温度計測装置。
【請求項１３】流体が満されている配管の外表面に対
向設置された対をなす超音波トランスジューサと、一方
の送信用超音波トランスジューサに超音波を発生させる
パルス状電気信号を発信する信号発生器と、他方の受信
用超音波トランスジューサからのエコー電気信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変換されたエコー
デジタル信号を入力して演算処理し、配管内の流体温度
を算出する演算装置とを有し、前記超音波トランスジュ
ーサは超音波センサに内蔵され、この超音波センサは超
音波トランスジューサと配管表面との間に介装される緩
衝金属と、上記超音波トランスジューサを配管表面側に
押付けるばね部材と、このばね部材のばね力を調整する
ばね力調整機構とを備え、上記ばね部材のばね力により
超音波トランスジューサと緩衝金属と配管表面とを相互
に密着させたことを特徴とする超音波温度計測装置。
【請求項１４】緩衝金属は、０．２％耐力が２００Ｍ
Ｐａである金属材料で構成され、超音波透過効率を良好
に維持した請求項１３に記載の超音波温度計測装置。
【請求項１５】緩衝金属は、ジルコニウム、チタンま
たはハフニウム等の高融点金属材料で構成した請求項１
３または請求項１４に記載の超音波温度計測装置。
【請求項１６】緩衝金属は、結晶粒径が３ｍｍ以上の
粒径を有する高融点金属材料で構成した請求項１５に記
載の超音波温度計測装置。
【請求項１７】緩衝金属は、金、銀、白金または銅等
の貴金属材料で構成した請求項１３または請求項１４に
記載の超音波温度計測装置。
【請求項１８】緩衝金属は、酸素濃度を低くしたり、
あるいは酸素を含有しない高融点金属材料あるいは貴金
属材料で構成した請求項１５乃至１７のいずれかに記載
の超音波温度計測装置。
【請求項１９】超音波トランスジューサの前面に緩衝
金属を拡散接合またはろう付け等の固着手段で接合した
請求項１３乃至１８のいずれかに記載の超音波温度計測
装置。
【請求項２０】配管と緩衝金属が相互に接触する配管
表面および緩衝金属表面の少なくとも一方に、水蒸気処
理あるいは水酸化ナトリウム等の化学処理により酸化被
膜を形成した請求項１３乃至１８のいずれかに記載の超
音波温度計測装置。
【請求項２１】配管と緩衝金属が相互に接触する配管
表面および緩衝金属表面の少なくとも一方に窒化処理等
により表面硬化処理を施した請求項１３乃至１８のいず
れかに記載の超音波温度計測装置。
【請求項２２】対をなす超音波トランスジューサは一
方が送信用、他方が受信用で配管の直径方向に対向して
取付けられる一方、上記受信用超音波トランスジューサ
は配管の軸方向に所定の距離をおいて複数台設置され、
複数の受信用超音波トランスジューサは送信用超音波ト
ランスジューサから発信され、配管内部を透過する超音
波をそれぞれ受信して演算装置に入力させ、上記演算装
置は、各受信側超音波トランスジューサで受信する超音
波伝播時間の差と超音波トランスジューサ相互の位置関
係とから、配管内径と配管内の流体温度を計測した請求
項１または１３に記載の超音波温度計測装置。
【請求項２３】対をなす超音波トランスジューサは、
一方が送信用、他方が受信用で配管の直径方向に対向し
て取付けられる一方、上記送信用超音波トランスジュー
サは、配管の軸方向に所定距離おいて複数台設置され、
複数の送信用超音波トランスジューサから発信され、配
管内部を透過する超音波を受信側超音波トランスジュー
サで受信して演算装置に入力し、上記演算装置は受信側
超音波トランスジューサで検出される超音波伝播時間の
差と超音波トランスジューサ相互の位置関係とから配管
内径と配管内の流体温度を計測した請求項１または１３
に記載の超音波温度計測装置。