JP2001298794A - 開放型超音波センサ - Google Patents
開放型超音波センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガス）な
どの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃料ガスが液化し
やすい雰囲気でも使用可能な開放型超音波センサを提供
する。 【解決手段】 センサ素子周囲に減衰材を有する開放型
超音波センサにおいて、該減衰材がアクリロニトリル−
ブタジエンゴムからなる開放型超音波センサ。
どの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃料ガスが液化し
やすい雰囲気でも使用可能な開放型超音波センサを提供
する。 【解決手段】 センサ素子周囲に減衰材を有する開放型
超音波センサにおいて、該減衰材がアクリロニトリル−
ブタジエンゴムからなる開放型超音波センサ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、開放型超音波セン
サ技術に関する。
サ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波センサは、流量計、液面計、距離
計など広い用途で用いられている。このような超音波セ
ンサには、一般に開放型と呼ばれる圧電素子からなるセ
ンサ素子が超音波伝播媒体に接触しているセンサと、特
開平９−９３９５号公報などで知られる防滴型と呼ばれ
るセンサ素子が超音波伝播媒体に接触しないセンサの２
種類に大別される。これら２種類の超音波センサを比較
すると、同じセンサ素子を用い、同一エネルギーで送受
信を行った場合、開放型の方が高感度となる。しかし、
開放型超音波センサを用いて、例えば燃焼ガス等の気体
の流量検知を行う場合、センサの特性劣化や、測定不可
能となるなどの事態が発生することがある。
計など広い用途で用いられている。このような超音波セ
ンサには、一般に開放型と呼ばれる圧電素子からなるセ
ンサ素子が超音波伝播媒体に接触しているセンサと、特
開平９−９３９５号公報などで知られる防滴型と呼ばれ
るセンサ素子が超音波伝播媒体に接触しないセンサの２
種類に大別される。これら２種類の超音波センサを比較
すると、同じセンサ素子を用い、同一エネルギーで送受
信を行った場合、開放型の方が高感度となる。しかし、
開放型超音波センサを用いて、例えば燃焼ガス等の気体
の流量検知を行う場合、センサの特性劣化や、測定不可
能となるなどの事態が発生することがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、図６に一般的
な開放型超音波センサβのモデル断面図を示す。樹脂製
のフランジａ上に樹脂製の支持体ｂを介してセンサ素子
（圧電体）ｃが配されている。センサ素子ｃはフランジ
ａに固定された外装筐体ｄによって保護されている。ま
た、センサ素子ｃの基部と外装筐体ｄとの空間にはセン
サ素子ｃへの不要信号の伝達を防止するために減衰材ｅ
が充填されている。なお、センサ素子ｃで検出された信
号はフランジａを貫通するリードピンｆによりフランジ
ａの裏面側に出力される。ここで、従来の開放型超音波
センサでは減衰材ｄとして、耐薬品性、耐久性、減衰効
率を勘案してシリコーンが用いられてきた。
な開放型超音波センサβのモデル断面図を示す。樹脂製
のフランジａ上に樹脂製の支持体ｂを介してセンサ素子
（圧電体）ｃが配されている。センサ素子ｃはフランジ
ａに固定された外装筐体ｄによって保護されている。ま
た、センサ素子ｃの基部と外装筐体ｄとの空間にはセン
サ素子ｃへの不要信号の伝達を防止するために減衰材ｅ
が充填されている。なお、センサ素子ｃで検出された信
号はフランジａを貫通するリードピンｆによりフランジ
ａの裏面側に出力される。ここで、従来の開放型超音波
センサでは減衰材ｄとして、耐薬品性、耐久性、減衰効
率を勘案してシリコーンが用いられてきた。
【０００４】このような開放型超音波センサを用いて検
討を行った結果、図６に示したような従来の開放型超音
波センサでは、都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガ
ス）などの燃料ガスでしばしば発生するガス成分（特に
ｎ−ペンタンなどの比較的沸点が高い成分）の液化時
に、上記減衰材が膨潤し、そのために減衰材としての所
期の性能が得られなくなるため、特性劣化や測定不可能
などの事態が生じていたことが判った。
討を行った結果、図６に示したような従来の開放型超音
波センサでは、都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガ
ス）などの燃料ガスでしばしば発生するガス成分（特に
ｎ−ペンタンなどの比較的沸点が高い成分）の液化時
に、上記減衰材が膨潤し、そのために減衰材としての所
期の性能が得られなくなるため、特性劣化や測定不可能
などの事態が生じていたことが判った。
【０００５】すなわち、本発明は、上記した従来の問題
点を改善する、すなわち、都市ガス、或いはＬＰＧ（液
化石油ガス）などの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃
料ガスが液化しやすい雰囲気でも使用可能な開放型超音
波センサを提供することを目的とする。
点を改善する、すなわち、都市ガス、或いはＬＰＧ（液
化石油ガス）などの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃
料ガスが液化しやすい雰囲気でも使用可能な開放型超音
波センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の開放型超音波セ
ンサは上記課題を解決するため、請求項１に記載の通
り、センサ素子周囲に減衰材を有する開放型超音波セン
サにおいて、該減衰材がアクリロニトリル−ブタジエン
ゴムからなる開放型超音波センサである。
ンサは上記課題を解決するため、請求項１に記載の通
り、センサ素子周囲に減衰材を有する開放型超音波セン
サにおいて、該減衰材がアクリロニトリル−ブタジエン
ゴムからなる開放型超音波センサである。
【０００７】このような特有の構成により、本発明の開
放型超音波センサは都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油
ガス）などの燃料ガス雰囲気中で用いた場合であって
も、所期の性能が発揮できる。
放型超音波センサは都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油
ガス）などの燃料ガス雰囲気中で用いた場合であって
も、所期の性能が発揮できる。
【０００８】なお、開放型超音波センサにおいて、上記
筒状の外装筐体とその一端を覆うフランジとからなるセ
ンサ保護部内部にセンサ素子を有する開放型超音波セン
サであって、センサ素子が支持体によって上記フランジ
に固定され、かつ、センサ素子の周囲と筒状の外装筐体
との間にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減
衰材が配されていることにより、センサ素子が保護され
るとともに、減衰材の不要信号除去効果が高くなり、さ
らに、上記支持体が、その下面がフランジに、上面がセ
ンサ素子に接する環状形状であって、かつ、その中空部
にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減衰材が
配されていることにより、減衰材の不要信号除去効果が
より高くなる。
筒状の外装筐体とその一端を覆うフランジとからなるセ
ンサ保護部内部にセンサ素子を有する開放型超音波セン
サであって、センサ素子が支持体によって上記フランジ
に固定され、かつ、センサ素子の周囲と筒状の外装筐体
との間にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減
衰材が配されていることにより、センサ素子が保護され
るとともに、減衰材の不要信号除去効果が高くなり、さ
らに、上記支持体が、その下面がフランジに、上面がセ
ンサ素子に接する環状形状であって、かつ、その中空部
にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減衰材が
配されていることにより、減衰材の不要信号除去効果が
より高くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明において減衰材とは、超音
波を放射する、或いは／及び、受信するセンサ素子周囲
に配され、該素子に直接、或いは、間接に接して、超音
波放射の際に発生する残響や受信時の余分な反射波を減
衰させ、センサ素子の本来の性能を十全に発揮させるも
のであって、通常、エラストマー性を有する物質からな
る。
波を放射する、或いは／及び、受信するセンサ素子周囲
に配され、該素子に直接、或いは、間接に接して、超音
波放射の際に発生する残響や受信時の余分な反射波を減
衰させ、センサ素子の本来の性能を十全に発揮させるも
のであって、通常、エラストマー性を有する物質からな
る。
【００１０】開放型超音波センサの場合、構造上この減
衰材が雰囲気に露出する。そのため本発明の効果を得
る、すなわち、都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガ
ス）などの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃料ガスが
液化しやすい雰囲気でも使用可能な開放型超音波センサ
とするためには、減衰材はアクリロニトリル−ブタジエ
ンゴム（ＮＢＲ）からなることが必要である。その他の
エラストマー性を有する物質、例えばシリコーンあるい
はフッ化系シリコーン等では本発明の効果は充分には得
られない。
衰材が雰囲気に露出する。そのため本発明の効果を得
る、すなわち、都市ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガ
ス）などの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃料ガスが
液化しやすい雰囲気でも使用可能な開放型超音波センサ
とするためには、減衰材はアクリロニトリル−ブタジエ
ンゴム（ＮＢＲ）からなることが必要である。その他の
エラストマー性を有する物質、例えばシリコーンあるい
はフッ化系シリコーン等では本発明の効果は充分には得
られない。
【００１１】上記減衰材はセンサ素子周囲全体にある必
要はなく、不要信号を減衰させると云う目的の効果が得
られる程度に配されていれば良い。ただし、減衰材に減
衰機能のみならず、必要な箇所を雰囲気から保護する液
密・気密機能を併せて持たせる場合には、液密機能が充
分得られる形状にする必要がある。
要はなく、不要信号を減衰させると云う目的の効果が得
られる程度に配されていれば良い。ただし、減衰材に減
衰機能のみならず、必要な箇所を雰囲気から保護する液
密・気密機能を併せて持たせる場合には、液密機能が充
分得られる形状にする必要がある。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の開放型超音波センサについて
具体的に説明する。図１に本発明の開放型超音波センサ
の一例αのモデル断面図を示す。軟鉄からなるフランジ
１上にポリテトラフルオロエチレンからなる支持体２を
介して円柱形のセンサ素子（圧電体）３が配されてい
る。センサ素子３はフランジ１に固定された円筒形の外
装筐体４によって保護されている。また、センサ素子３
の基部と外装筐体４との空間にはセンサ素子３への不要
信号の伝達を防止するためにアクリロニトリル−ブタジ
エンゴムからなる減衰材５が充填されている。減衰材５
はセンサ素子３の前方の面（発信センサ（図１では図示
しない）側の面）より後方に配されているため、センサ
素子３の受信が減衰材５によって妨げられることはな
い。
具体的に説明する。図１に本発明の開放型超音波センサ
の一例αのモデル断面図を示す。軟鉄からなるフランジ
１上にポリテトラフルオロエチレンからなる支持体２を
介して円柱形のセンサ素子（圧電体）３が配されてい
る。センサ素子３はフランジ１に固定された円筒形の外
装筐体４によって保護されている。また、センサ素子３
の基部と外装筐体４との空間にはセンサ素子３への不要
信号の伝達を防止するためにアクリロニトリル−ブタジ
エンゴムからなる減衰材５が充填されている。減衰材５
はセンサ素子３の前方の面（発信センサ（図１では図示
しない）側の面）より後方に配されているため、センサ
素子３の受信が減衰材５によって妨げられることはな
い。
【００１３】さらに、この充填された減衰材５と支持体
との間には低硬度アクリロニトリル−ブタジエンゴムか
らなる０リング５’が配されていて、減衰材５同様の不
要信号の減衰機能を有すると共に円柱形のセンサ素子３
を筒状の外装筐体４の中央部に位置させる。
との間には低硬度アクリロニトリル−ブタジエンゴムか
らなる０リング５’が配されていて、減衰材５同様の不
要信号の減衰機能を有すると共に円柱形のセンサ素子３
を筒状の外装筐体４の中央部に位置させる。
【００１４】このようなセンサ素子３で検出された信号
はフランジ１を貫通するリードピン７によりフランジ１
の裏面側に出力される。なお、このような開放型超音波
センサセンサは受信センサとして機能するが、リードピ
ン７に信号を入力することにより発信センサとして用い
ることもできる。
はフランジ１を貫通するリードピン７によりフランジ１
の裏面側に出力される。なお、このような開放型超音波
センサセンサは受信センサとして機能するが、リードピ
ン７に信号を入力することにより発信センサとして用い
ることもできる。
【００１５】上記支持体２はその下面がフランジ１に、
上面がセンサ素子３に接する環状形状であり、かつ、そ
の中空部にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる
減衰材６が配されている。このような構成により、より
高い減衰特性が得られる。なお、上記支持体は耐油性の
ものであることが必要で、本例ではポリテトラフルオロ
エチレンからなるため、耐油性、耐薬品性に優れ、劣悪
な条件でも腐食などの問題が生ずることなく安定であ
る。
上面がセンサ素子３に接する環状形状であり、かつ、そ
の中空部にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる
減衰材６が配されている。このような構成により、より
高い減衰特性が得られる。なお、上記支持体は耐油性の
ものであることが必要で、本例ではポリテトラフルオロ
エチレンからなるため、耐油性、耐薬品性に優れ、劣悪
な条件でも腐食などの問題が生ずることなく安定であ
る。
【００１６】このような構造を有する開放型超音波セン
サα及び従来技術に係る開放型超音波センサβを受信セ
ンサとして用いて、超音波ガス流量計への応用を想定し
た実験を行った。その実験装置のモデル説明図を図２
（ａ）に示す。
サα及び従来技術に係る開放型超音波センサβを受信セ
ンサとして用いて、超音波ガス流量計への応用を想定し
た実験を行った。その実験装置のモデル説明図を図２
（ａ）に示す。
【００１７】ファンクションジェネレータ１０に接続さ
れた基準センサ（発信センサ）１１から１６５ｋＨｚの
超音波を８波（図２（ｂ）参照）送出する。この基準セ
ンサ１１は直径が１２ｍｍの配管１２（ガス配管を想
定）内に設けられていて、基準センサ１１から１８０ｍ
ｍ隔てて被評価センサが同一配管１２内に設置されてい
る。被評価センサはオシロスコープ１３と図２（ｃ）に
示すような受信回路によって接続されていて、オシロス
コープによって被評価センサの出力波形を表示すること
ができる。
れた基準センサ（発信センサ）１１から１６５ｋＨｚの
超音波を８波（図２（ｂ）参照）送出する。この基準セ
ンサ１１は直径が１２ｍｍの配管１２（ガス配管を想
定）内に設けられていて、基準センサ１１から１８０ｍ
ｍ隔てて被評価センサが同一配管１２内に設置されてい
る。被評価センサはオシロスコープ１３と図２（ｃ）に
示すような受信回路によって接続されていて、オシロス
コープによって被評価センサの出力波形を表示すること
ができる。
【００１８】図３には従来技術に係るセンサβによる出
力例（オシログラム）を示した。この出力例において、
Ａ部は基準センサが送信した信号である８波の受信波
を、Ｂ部は基準センサの送信信号の残響に対する受信波
をそれぞれ示す。従って、これらＡ、Ｂの２つの部分が
明確に分離できないと、基準センサ１１から送出された
信号が配管内ガスを伝播して受信センサ（被評価セン
サ）に達するまでの時間が検出できず、この配管内のガ
スの流速を測定することができない。
力例（オシログラム）を示した。この出力例において、
Ａ部は基準センサが送信した信号である８波の受信波
を、Ｂ部は基準センサの送信信号の残響に対する受信波
をそれぞれ示す。従って、これらＡ、Ｂの２つの部分が
明確に分離できないと、基準センサ１１から送出された
信号が配管内ガスを伝播して受信センサ（被評価セン
サ）に達するまでの時間が検出できず、この配管内のガ
スの流速を測定することができない。
【００１９】図４には、従来技術に係るセンサβを都市
ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガス）などの燃料ガス雰
囲気中でこれらの成分が液化したことを想定してｎ−ペ
ンタン（常温）に７２時間浸漬した後に、再度、上記実
験装置によって評価を行ったときの出力例を図４に示
す。
ガス、或いはＬＰＧ（液化石油ガス）などの燃料ガス雰
囲気中でこれらの成分が液化したことを想定してｎ−ペ
ンタン（常温）に７２時間浸漬した後に、再度、上記実
験装置によって評価を行ったときの出力例を図４に示
す。
【００２０】図４ではＡ部とＢ部との区別が明確でな
く、このような出力からは被測定ガス中を基準センサ１
１から受信センサに達するのに要した時間を求めること
ができない。なお、図４の波形は、実際にこのセンサβ
を都市ガス流量測定用センサとして用いたときに測定不
可能になったときの波形に一致する。
く、このような出力からは被測定ガス中を基準センサ１
１から受信センサに達するのに要した時間を求めること
ができない。なお、図４の波形は、実際にこのセンサβ
を都市ガス流量測定用センサとして用いたときに測定不
可能になったときの波形に一致する。
【００２１】一方、本発明に係るセンサαを被評価セン
サとして用いたときの出力は図３と同じであった。さら
に、このセンサαを常温のｎ−ペンタンに７２時間浸漬
した後、評価を行ったときの出力例を図５に示す。
サとして用いたときの出力は図３と同じであった。さら
に、このセンサαを常温のｎ−ペンタンに７２時間浸漬
した後、評価を行ったときの出力例を図５に示す。
【００２２】図５により、本発明に係る開放型超音波セ
ンサはｎ−ペンタンに浸漬されても、その出力に変化が
ないことが判る。さらに、実際にこのセンサαを都市ガ
ス流量測定用センサとして用いたが、従来のセンサでは
流量検出ができなくなるような条件であっても、正確な
測定が可能であった。
ンサはｎ−ペンタンに浸漬されても、その出力に変化が
ないことが判る。さらに、実際にこのセンサαを都市ガ
ス流量測定用センサとして用いたが、従来のセンサでは
流量検出ができなくなるような条件であっても、正確な
測定が可能であった。
【００２３】
【発明の効果】本発明の開放型超音波センサは、センサ
素子周囲に減衰材を有する開放型超音波センサにおい
て、該減衰材がアクリロニトリル−ブタジエンゴムから
なる構成を有するため、都市ガス、或いはＬＰＧ（液化
石油ガス）などの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃料
ガスが液化しやすい雰囲気でも使用可能な優れた開放型
超音波センサである。
素子周囲に減衰材を有する開放型超音波センサにおい
て、該減衰材がアクリロニトリル−ブタジエンゴムから
なる構成を有するため、都市ガス、或いはＬＰＧ（液化
石油ガス）などの燃料ガス雰囲気で、かつ、これら燃料
ガスが液化しやすい雰囲気でも使用可能な優れた開放型
超音波センサである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る開放型超音波センサαの断面を示
すモデル図である。
すモデル図である。
【図２】（ａ）開放型超音波センサの超音波ガス流量計
への応用を想定した実験を行うための実験装置のモデル
説明図である。 （ｂ）基準センサの出力を示すモデル図である。 （ｃ）被評価センサとオシロスコープとの接続回路を示
す図である。
への応用を想定した実験を行うための実験装置のモデル
説明図である。 （ｂ）基準センサの出力を示すモデル図である。 （ｃ）被評価センサとオシロスコープとの接続回路を示
す図である。
【図３】従来技術に係る開放型超音波センサβでの出力
例（オシログラム）を示す図である。
例（オシログラム）を示す図である。
【図４】ｎ−ペンタンに浸漬した従来技術に係る開放型
超音波センサβを用いた時の出力例を示す図である。
超音波センサβを用いた時の出力例を示す図である。
【図５】ｎ−ペンタンに浸漬した本発明に係る開放型超
音波センサβを用いた時の出力例を示す図である。
音波センサβを用いた時の出力例を示す図である。
【図６】ｎ−ペンタンに浸漬した本発明に係る開放型超
音波センサβを用いた時の出力例を示す図である。
音波センサβを用いた時の出力例を示す図である。
α 本発明に係る開放型超音波センサ β 従来技術に係る開放型超音波センサ １ フランジ ２ 支持体 ３ センサ素子 ４ 外装筐体 ５ アクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減衰材 ５’ 低硬度アクリロニトリル−ブタジエンゴムからな
る０リング ６ アクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減衰材 ７ リードピン １０ ファンクションジェネレータ １１ 基準センサ １２ 配管 １３ オシロスコープ
る０リング ６ アクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる減衰材 ７ リードピン １０ ファンクションジェネレータ １１ 基準センサ １２ 配管 １３ オシロスコープ
Claims (4)
- 【請求項１】 センサ素子周囲に減衰材を有する開放型
超音波センサにおいて、該減衰材がアクリロニトリル−
ブタジエンゴムからなることを特徴とする開放型超音波
センサ。 - 【請求項２】 筒状の外装筐体とその一端を覆うフラン
ジとからなるセンサ保護部内部にセンサ素子を有する開
放型超音波センサにおいて、センサ素子が支持体によっ
て上記フランジに固定され、かつ、センサ素子の周囲と
筒状の外装筐体との間にアクリロニトリル−ブタジエン
ゴムからなる減衰材が配されていることを特徴とする請
求項１に記載の開放型超音波センサ。 - 【請求項３】 上記支持体が、その下面がフランジに、
上面がセンサ素子に接する環状形状であって、かつ、そ
の中空部にアクリロニトリル−ブタジエンゴムからなる
減衰材が配されていることを特徴とする請求項２に記載
の開放型超音波センサ。 - 【請求項４】 上記支持体がポリテトラフルオロエチレ
ンからなることを特徴とする請求項２ないし請求項４の
いずれかに記載の開放型超音波センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000113477A JP2001298794A (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | 開放型超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000113477A JP2001298794A (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | 開放型超音波センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001298794A true JP2001298794A (ja) | 2001-10-26 |
Family
ID=18625435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000113477A Withdrawn JP2001298794A (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | 開放型超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001298794A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139610A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Ricoh Elemex Corp | 超音波流量計のセンサ取付構造 |
| JP2017175291A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | 株式会社デンソー | 超音波センサ |
| WO2018143087A1 (ja) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 株式会社デンソー | 超音波出力装置 |
| JP2020072323A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 京セラ株式会社 | 超音波センサ |
| CN111912511A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-10 | 刘峙亚 | 一种海洋声波分析装置 |
-
2000
- 2000-04-14 JP JP2000113477A patent/JP2001298794A/ja not_active Withdrawn
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