JP2002277336A - 低温下におけるボルトの軸力測定方法とその装置 - Google Patents
低温下におけるボルトの軸力測定方法とその装置Info
- Publication number
- JP2002277336A JP2002277336A JP2001074020A JP2001074020A JP2002277336A JP 2002277336 A JP2002277336 A JP 2002277336A JP 2001074020 A JP2001074020 A JP 2001074020A JP 2001074020 A JP2001074020 A JP 2001074020A JP 2002277336 A JP2002277336 A JP 2002277336A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bolt
- phase
- axial force
- temperature
- wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 −１００℃以下の極低温下におけるボルトの
締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定
することが可能な低温下におけるボルトの軸力測定方法
とその装置の提供。 【解決手段】 電磁超音波共鳴にてボルトの軸方向に伝
わる横波の位相、すなわち短いバースト波で印加した超
音波とその反射波の二つ受信信号の位相差を測定するこ
とにより、短時間で簡単にかつ正確に測定できること、
特にＯＲＶプラントにおける極低温下では探触子自体の
位相ずれが発生し、軸力が０でも位相がずれることから
適切な低温補正をすることで、極低温下のステンレス鋼
ボルトの軸力を正確に測定できる。
締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定
することが可能な低温下におけるボルトの軸力測定方法
とその装置の提供。 【解決手段】 電磁超音波共鳴にてボルトの軸方向に伝
わる横波の位相、すなわち短いバースト波で印加した超
音波とその反射波の二つ受信信号の位相差を測定するこ
とにより、短時間で簡単にかつ正確に測定できること、
特にＯＲＶプラントにおける極低温下では探触子自体の
位相ずれが発生し、軸力が０でも位相がずれることから
適切な低温補正をすることで、極低温下のステンレス鋼
ボルトの軸力を正確に測定できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、液化天然ガス等
を気化するためのオープンラック型気化装置に使用され
る配管やフランジなどに装着されているボルトのごと
く、例えば−１００℃以下の極低温下におけるボルトの
締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定
することが可能な低温下におけるボルトの軸力測定方法
とその装置に関する。
を気化するためのオープンラック型気化装置に使用され
る配管やフランジなどに装着されているボルトのごと
く、例えば−１００℃以下の極低温下におけるボルトの
締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定
することが可能な低温下におけるボルトの軸力測定方法
とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液化天然ガス（以下ＬＮＧという）など
を気化せるためのオープンラック型気化装置（ＯＲＶ）
は、例えば、直径方向に一対のフィンを突出させたフィ
ンチューブをフィン方向に配列して一枚のパネル状とな
し、その上下端部にヘッダータンクを設けて熱交換パネ
ルを形成し、該パネルを複数連立配置して、熱交換パネ
ルの上方に配設した散水用トラフより、熱媒体の海水を
熱交換パネル面に流下させフィンチューブ内をアップフ
ローするＬＮＧと熱交換させる構成である。
を気化せるためのオープンラック型気化装置（ＯＲＶ）
は、例えば、直径方向に一対のフィンを突出させたフィ
ンチューブをフィン方向に配列して一枚のパネル状とな
し、その上下端部にヘッダータンクを設けて熱交換パネ
ルを形成し、該パネルを複数連立配置して、熱交換パネ
ルの上方に配設した散水用トラフより、熱媒体の海水を
熱交換パネル面に流下させフィンチューブ内をアップフ
ローするＬＮＧと熱交換させる構成である。
【０００３】上述の如く単管式ＯＲＶは構造が簡単で製
造が容易であるが、熱媒体である海水と極低温のＬＮＧ
とが熱交換用パネルの単管壁を介して直接熱交換するた
め、管外、すなわち熱交換用パネル表面に氷着が発生し
増大する。
造が容易であるが、熱媒体である海水と極低温のＬＮＧ
とが熱交換用パネルの単管壁を介して直接熱交換するた
め、管外、すなわち熱交換用パネル表面に氷着が発生し
増大する。
【０００４】また、ＯＲＶのアップフローにおいて、下
部ヘッダータンクは、そのタンク下部側は超低温の液体
であるのに対して、タンク上部側は熱源の散水による入
熱を受けるために下部に比べ高温となり、タンクの上
部、下部間に温度差が生じて弓なりとなるボウイング現
象を生じるなど、ＯＲＶの起動・停止に際して熱応力が
作用している。
部ヘッダータンクは、そのタンク下部側は超低温の液体
であるのに対して、タンク上部側は熱源の散水による入
熱を受けるために下部に比べ高温となり、タンクの上
部、下部間に温度差が生じて弓なりとなるボウイング現
象を生じるなど、ＯＲＶの起動・停止に際して熱応力が
作用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】かかるＯＲＶプラント
において、ヘッダータンクや各配管などはフランジ部同
士をガスケットを介して当接させ、フランジ部をボルト
にて締結することが行われている。
において、ヘッダータンクや各配管などはフランジ部同
士をガスケットを介して当接させ、フランジ部をボルト
にて締結することが行われている。
【０００６】しかし、ＬＮＧが流れる配管ではＬＮＧが
−１６０℃と極低温であり、前述のごときボウイング現
象が発生して、ボルトとフランジの温度差による収縮差
等によりボルト緩みが生じ、ガスケットの面圧が低下す
ることがあり、大きく面圧が低下した場合には漏洩が生
じる。
−１６０℃と極低温であり、前述のごときボウイング現
象が発生して、ボルトとフランジの温度差による収縮差
等によりボルト緩みが生じ、ガスケットの面圧が低下す
ることがあり、大きく面圧が低下した場合には漏洩が生
じる。
【０００７】このようにフランジ部のボルト軸力を測定
し、管理することはプラント管理上重要な技術である。
ボルト軸力測定する方法としては、歪みゲージをボルト
に貼り付けて歪みを測定する方法がある。しかし、フラ
ンジ部の歪みに起因するボルト軸力の変化は、フランジ
部の歪みを測定する必要があるが、氷着が発生している
など、該歪みの測定は容易には実施できない。
し、管理することはプラント管理上重要な技術である。
ボルト軸力測定する方法としては、歪みゲージをボルト
に貼り付けて歪みを測定する方法がある。しかし、フラ
ンジ部の歪みに起因するボルト軸力の変化は、フランジ
部の歪みを測定する必要があるが、氷着が発生している
など、該歪みの測定は容易には実施できない。
【０００８】また、前記の漏洩が発生した場合には、ト
ルクレンチで絞め付けトルクを増やす、いわゆる増し締
めが行われていた。しかし、ボルトと非締め付け体の間
の摩擦係数やその測定状況が極低温下で大きくばらつい
たり変動するため、各ボルトの軸力の正確な値を知るこ
とは困難であった。
ルクレンチで絞め付けトルクを増やす、いわゆる増し締
めが行われていた。しかし、ボルトと非締め付け体の間
の摩擦係数やその測定状況が極低温下で大きくばらつい
たり変動するため、各ボルトの軸力の正確な値を知るこ
とは困難であった。
【０００９】この発明は、ＯＲＶプラントにおける如
く、例えば−１００℃以下の極低温下におけるボルトの
締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定
することが可能な低温下におけるボルトの軸力測定方法
とその装置の提供を目的としている。
く、例えば−１００℃以下の極低温下におけるボルトの
締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定
することが可能な低温下におけるボルトの軸力測定方法
とその装置の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明者らは、低温下にお
けるボルトの締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にか
つ正確に測定する方法について、種々検討した結果、ボ
ルト頭部の電磁超音波共鳴を利用すること、すなわち電
磁気的な作用によって超音波を送信・受信でき、非接触
測定、特に締め付けながら連続的に軸力を測定できるこ
とを知見した。
けるボルトの締付トルクを非接触かつ短時間で簡単にか
つ正確に測定する方法について、種々検討した結果、ボ
ルト頭部の電磁超音波共鳴を利用すること、すなわち電
磁気的な作用によって超音波を送信・受信でき、非接触
測定、特に締め付けながら連続的に軸力を測定できるこ
とを知見した。
【００１１】また、発明者らは、電磁超音波共鳴にてボ
ルトの軸方向に伝わる横波の位相、すなわち短いバース
ト波で印加した超音波とその反射波の二つ受信信号の位
相差を測定することにより、短時間で簡単にかつ正確に
測定できること、特にＯＲＶプラントにおける極低温下
では探触子自体の位相ずれが発生し、軸力が０でも位相
がずれることから適切な低温補正をすることで、極低温
下のステンレス鋼ボルトの軸力を正確に測定できること
を知見し、この発明を完成した。
ルトの軸方向に伝わる横波の位相、すなわち短いバース
ト波で印加した超音波とその反射波の二つ受信信号の位
相差を測定することにより、短時間で簡単にかつ正確に
測定できること、特にＯＲＶプラントにおける極低温下
では探触子自体の位相ずれが発生し、軸力が０でも位相
がずれることから適切な低温補正をすることで、極低温
下のステンレス鋼ボルトの軸力を正確に測定できること
を知見し、この発明を完成した。
【００１２】すなわち、この発明は、被測定ボルトに超
音波を発生させる電磁超音波探触子を用いて該軸方向に
超音波を印加しかつ反射波を検出する超音波の印加・検
出工程と、前記超音波とその反射波の位相より該ボルト
に加えられた軸力とボルト長さとの関係を求める演算工
程、被測定ボルトの温度に応じて前記位相を補正する補
正工程とを有することを特徴とする低温下におけるボル
トの軸力測定方法である。
音波を発生させる電磁超音波探触子を用いて該軸方向に
超音波を印加しかつ反射波を検出する超音波の印加・検
出工程と、前記超音波とその反射波の位相より該ボルト
に加えられた軸力とボルト長さとの関係を求める演算工
程、被測定ボルトの温度に応じて前記位相を補正する補
正工程とを有することを特徴とする低温下におけるボル
トの軸力測定方法である。
【００１３】また、この発明は、被測定ボルトに超音波
を発生させるための磁石と励磁コイルからなり、断熱手
段と加熱手段の一方または両方を具備した電磁超音波探
触子並びに電流の発生・検出手段を有する超音波の印加
・検出装置と、前記超音波とその反射波の位相より該ボ
ルトに加えられた軸力とボルト長さとの関係を求める演
算記憶装置と、被測定ボルトの温度の測定手段を有して
該温度に応じて前記位相を補正する補正演算装置とを有
することを特徴とする低温下におけるボルトの軸力測定
装置である。
を発生させるための磁石と励磁コイルからなり、断熱手
段と加熱手段の一方または両方を具備した電磁超音波探
触子並びに電流の発生・検出手段を有する超音波の印加
・検出装置と、前記超音波とその反射波の位相より該ボ
ルトに加えられた軸力とボルト長さとの関係を求める演
算記憶装置と、被測定ボルトの温度の測定手段を有して
該温度に応じて前記位相を補正する補正演算装置とを有
することを特徴とする低温下におけるボルトの軸力測定
装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明は、ボルトの軸力測定
を、電磁超音波共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＥＭＡ
Ｒ）法を用いて行うこと、また極短時間の超音波の印加
とその反射波の位相差でボルト長さを算出し、予め求め
られているボルト軸力とその伸びとの関係をもとにボル
ト軸力を算出することを特徴とする。
を、電磁超音波共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｍａｇｎｅｔｉ
ｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＥＭＡ
Ｒ）法を用いて行うこと、また極短時間の超音波の印加
とその反射波の位相差でボルト長さを算出し、予め求め
られているボルト軸力とその伸びとの関係をもとにボル
ト軸力を算出することを特徴とする。
【００１５】さらにこの発明は、例えば−１００℃以下
という極低温において、磁石と励磁コイルからなる電磁
超音波探触子における前記位相がシフトするのを、当該
探触子を所定温度に保持して防止したり、あるいは別途
適切な温度補正を施すことを特徴としている。
という極低温において、磁石と励磁コイルからなる電磁
超音波探触子における前記位相がシフトするのを、当該
探触子を所定温度に保持して防止したり、あるいは別途
適切な温度補正を施すことを特徴としている。
【００１６】電磁超音波共鳴法の作動原理を説明する
と、図１に示すごとく、永久磁石１とコイル２とから構
成されている電磁超音波探触子３（Ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｍ
ａｇｎｅｔｉｃ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒ；ＥＭＡＴ）のコイル２に高周波電流を流すと、コ
イル２の磁場を打ち消す方向に、金属試料たるボルト４
内に渦電流が励起され、渦電流には、永久磁石が創る静
磁場によってローレンツ力が作用する。
と、図１に示すごとく、永久磁石１とコイル２とから構
成されている電磁超音波探触子３（Ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｍ
ａｇｎｅｔｉｃ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒ；ＥＭＡＴ）のコイル２に高周波電流を流すと、コ
イル２の磁場を打ち消す方向に、金属試料たるボルト４
内に渦電流が励起され、渦電流には、永久磁石が創る静
磁場によってローレンツ力が作用する。
【００１７】ボルト４内でローレンツ力を受けた電流、
すなわち電子の流れは原子と衝突して原子の振動（超音
波）を引き起こすことになり、ボルト４表面に平行な方
向（軸方向）に働くローレンツ力は横波を引き起こす。
なお、超音波の検出は、上述の励起過程の逆過程による
ことになる。
すなわち電子の流れは原子と衝突して原子の振動（超音
波）を引き起こすことになり、ボルト４表面に平行な方
向（軸方向）に働くローレンツ力は横波を引き起こす。
なお、超音波の検出は、上述の励起過程の逆過程による
ことになる。
【００１８】ボルトの軸力測定では、ボルトの長さを正
確に測定する必要がある。そこで前記ＥＭＡＴにより、
ボルト内に超音波をある短い時間、例えば１０μｓｅｃ
励起し、検出ゲートを時間軸に対して掃引して反射波を
検出する。
確に測定する必要がある。そこで前記ＥＭＡＴにより、
ボルト内に超音波をある短い時間、例えば１０μｓｅｃ
励起し、検出ゲートを時間軸に対して掃引して反射波を
検出する。
【００１９】反射波の位相を検出するには、２位相ロッ
クイン検出法の一例を示すと、信号を２つに分けて励起
波と同期した交流増幅回路と励起波と９０度、位相のず
れた交流増幅回路で増幅し、信号強度の比を取ると良
い。
クイン検出法の一例を示すと、信号を２つに分けて励起
波と同期した交流増幅回路と励起波と９０度、位相のず
れた交流増幅回路で増幅し、信号強度の比を取ると良
い。
【００２０】要するに、ＥＭＡＴにより取り付けボルト
の長手方向に超音波を発生させ、反射波の位相をψとす
ると、ψ＝２πｆ（２Ｌ／Ｖ） であり、軸力が加わる
ことによりボルトの長さがＬからＬ＋δＬに変化する
と、反射波の位相は、ψ＝２πｆ（２δＬ／Ｖ） だけ
変化する。従って、反射波の位相を測定し、軸力ゼロの
位相との差を求めることにより、ボルトの伸びを計算す
ることができ、そこから軸力を算定することができる。
の長手方向に超音波を発生させ、反射波の位相をψとす
ると、ψ＝２πｆ（２Ｌ／Ｖ） であり、軸力が加わる
ことによりボルトの長さがＬからＬ＋δＬに変化する
と、反射波の位相は、ψ＝２πｆ（２δＬ／Ｖ） だけ
変化する。従って、反射波の位相を測定し、軸力ゼロの
位相との差を求めることにより、ボルトの伸びを計算す
ることができ、そこから軸力を算定することができる。
【００２１】なお、位相を正確に測定するためには、一
つのモードの波だけを検出する必要がある。ＥＭＡＴで
は横波と縦波が励起され、異なった音速で進行する。そ
こで一つのモードの反射波のみを検出するためには、超
音波の励起時間を短くし、また、検出ゲートの時間幅を
短くする。しかし、励起時間及び検出ゲート時間を短く
すると信号が弱くなるため、良好な条件を適宜選定する
必要がある。
つのモードの波だけを検出する必要がある。ＥＭＡＴで
は横波と縦波が励起され、異なった音速で進行する。そ
こで一つのモードの反射波のみを検出するためには、超
音波の励起時間を短くし、また、検出ゲートの時間幅を
短くする。しかし、励起時間及び検出ゲート時間を短く
すると信号が弱くなるため、良好な条件を適宜選定する
必要がある。
【００２２】また、超音波の印加・検出装置としての高
感度ＥＭＡＴには、磁石を１個用いる単極型と磁石を２
個用いる双極型があるが、この発明では横波を強く励起
できる単極型の方が適しており、磁石には磁気特性に優
れた希土類磁石が適しており、特に後述する極低温下で
使用することから、低温時の磁力の低下が極めて少ない
Ｎｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石が最適である。
感度ＥＭＡＴには、磁石を１個用いる単極型と磁石を２
個用いる双極型があるが、この発明では横波を強く励起
できる単極型の方が適しており、磁石には磁気特性に優
れた希土類磁石が適しており、特に後述する極低温下で
使用することから、低温時の磁力の低下が極めて少ない
Ｎｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石が最適である。
【００２３】図６に常温下でのＳＵＳ ３１６製ボルト
の軸力と位相との関係を調査した結果を示す。測定用の
ＥＭＡＴには、単極構造を採用し、２０ｍｍ×２０ｍｍ
のＮｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石と、コイルの外径２０ｍ
ｍ、内径４ｍｍの巻数４０回のコイルをエポラック樹脂
で接着した。
の軸力と位相との関係を調査した結果を示す。測定用の
ＥＭＡＴには、単極構造を採用し、２０ｍｍ×２０ｍｍ
のＮｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石と、コイルの外径２０ｍ
ｍ、内径４ｍｍの巻数４０回のコイルをエポラック樹脂
で接着した。
【００２４】ボルト頭部へＥＭＡＴを固定するために、
図２に示す治具を作製した。詳述すると、内部にボルト
頭部が嵌入可能な六角筒をボルトキャップ１０としてボ
ルト頭部に取付け、中央に短円柱状のＥＭＡＴを内蔵可
能な孔部１２を有する六角柱のＥＭＡＴ用キャップ１１
をボルトキャップ１０にねじ止めする構成からなる。
図２に示す治具を作製した。詳述すると、内部にボルト
頭部が嵌入可能な六角筒をボルトキャップ１０としてボ
ルト頭部に取付け、中央に短円柱状のＥＭＡＴを内蔵可
能な孔部１２を有する六角柱のＥＭＡＴ用キャップ１１
をボルトキャップ１０にねじ止めする構成からなる。
【００２５】図６には常温での軸力と位相との関係を示
したが、ボルト自体の温度が低下した場合、また同様に
ＥＭＡＴの温度が変化した場合は、それぞれ反射波の位
相が変化する。
したが、ボルト自体の温度が低下した場合、また同様に
ＥＭＡＴの温度が変化した場合は、それぞれ反射波の位
相が変化する。
【００２６】ＥＭＡＴ自体の温度を変化させた場合の軸
力と位相の変化量を求めるため種々検討した。１５０ｍ
ｍ長さのボルトに前記の治具を用いてＥＭＡＴを配置
し、ＥＭＡＴを冷却して２．５ＭＨｚで測定した。図３
にＥＭＡＴ自体のの温度を変化させた場合の位相の測定
結果を示す。
力と位相の変化量を求めるため種々検討した。１５０ｍ
ｍ長さのボルトに前記の治具を用いてＥＭＡＴを配置
し、ＥＭＡＴを冷却して２．５ＭＨｚで測定した。図３
にＥＭＡＴ自体のの温度を変化させた場合の位相の測定
結果を示す。
【００２７】図３に明らかなように、温度が−７０℃以
上については変化が小さく温度の影響を受けないがそれ
以下では温度変化により大きく変化している。さらに−
１１０℃以下では、起源不明の反射波のために、横波反
射波の位相測定ができなくなることがわかった。この結
果よりＥＭＡＴ自体の温度を−７０℃以上に保持する必
要がある。
上については変化が小さく温度の影響を受けないがそれ
以下では温度変化により大きく変化している。さらに−
１１０℃以下では、起源不明の反射波のために、横波反
射波の位相測定ができなくなることがわかった。この結
果よりＥＭＡＴ自体の温度を−７０℃以上に保持する必
要がある。
【００２８】ＥＭＡＴ自体の温度を−７０℃以上に保持
する方法としては、前記治具などを断熱材を用いて作製
し、熱伝導による冷却を防止するなどの断熱手段を用い
る方法、常温エアーを吹き付けたり、ヒーターにより加
熱する等の加熱手段を用いる方法が有効である。
する方法としては、前記治具などを断熱材を用いて作製
し、熱伝導による冷却を防止するなどの断熱手段を用い
る方法、常温エアーを吹き付けたり、ヒーターにより加
熱する等の加熱手段を用いる方法が有効である。
【００２９】また、ボルト表面に霜が付着すると信号が
弱くなるため、その対策も必要であり、例えば、前記治
具でボルトキャップ内に乾燥空気を送るか、当該空間内
の空気を簡易的に吸引しておくなどの手段を採用でき
る。
弱くなるため、その対策も必要であり、例えば、前記治
具でボルトキャップ内に乾燥空気を送るか、当該空間内
の空気を簡易的に吸引しておくなどの手段を採用でき
る。
【００３０】次に室温から−１６０℃までの範囲で、前
記ＳＵＳ ３１６製ボルトの超音波反射波の位相測定を
行った。超音波周波数が１．５ＭＨｚおよび２．５ＭＨ
ｚで、横波反射波ピークが観測でき、その位相はボルト
軸力に比例して変化することが分かった。その結果、横
波反射波の位相を測定することによって、ボルト軸力を
評価できることが明らかになった。
記ＳＵＳ ３１６製ボルトの超音波反射波の位相測定を
行った。超音波周波数が１．５ＭＨｚおよび２．５ＭＨ
ｚで、横波反射波ピークが観測でき、その位相はボルト
軸力に比例して変化することが分かった。その結果、横
波反射波の位相を測定することによって、ボルト軸力を
評価できることが明らかになった。
【００３１】図４に周波数２．５ＭＨｚで測定した横波
反射波の位相を軸力の変化として示す。図より軸力の増
加と共に位相も単調に増加していることが分かる。また
温度による位相は全体的にシフトしている。なお、図４
の白丸印は室温の場合である。
反射波の位相を軸力の変化として示す。図より軸力の増
加と共に位相も単調に増加していることが分かる。また
温度による位相は全体的にシフトしている。なお、図４
の白丸印は室温の場合である。
【００３２】この位相のシフト量と温度の関係を表１に
まとめる。但し測定した位相は、πラジアンの整数倍ず
れているため、−１００℃で２π、−１６０℃で３π補
正を行ったものが正しい位相の値である。
まとめる。但し測定した位相は、πラジアンの整数倍ず
れているため、−１００℃で２π、−１６０℃で３π補
正を行ったものが正しい位相の値である。
【００３３】
【表１】
【００３４】また、前記補正後の位相を図５に示す。グ
ラフに明らかなように、この発明による補正を行った位
相のシフト量は、温度と線形関係にあると考えられる。
ラフに明らかなように、この発明による補正を行った位
相のシフト量は、温度と線形関係にあると考えられる。
【００３５】この発明の実施に際し、超音波の印加・検
出装置には、断熱材で作製したボルトへの装着用治具に
ＥＭＡＴを内蔵するか、あるいはさらに電気ヒーターを
設けてＥＭＡＴを所定温度に保持できる構成が採用でき
る。
出装置には、断熱材で作製したボルトへの装着用治具に
ＥＭＡＴを内蔵するか、あるいはさらに電気ヒーターを
設けてＥＭＡＴを所定温度に保持できる構成が採用でき
る。
【００３６】前述のように、印加した超音波とその反射
波の位相より被測定ボルトに加えられた軸力とボルト長
さとの関係を求めるに際して、予め常温と所定の低温で
の当該関係を求めておき、ＥＭＡＴにより位相を測定
し、温度による位相変化分を補正し軸力に換算する。
波の位相より被測定ボルトに加えられた軸力とボルト長
さとの関係を求めるに際して、予め常温と所定の低温で
の当該関係を求めておき、ＥＭＡＴにより位相を測定
し、温度による位相変化分を補正し軸力に換算する。
【００３７】従って、ＥＭＡＴで得られた信号を、例え
ば前述の２位相ロックイン検出法で処理するための電気
回路などと接続したパーソナルコンピュータに、前記各
種温度における当該位相と軸力とのデータを記憶させて
おき、また別途設定するボルトの温度を測定する温度計
からの信号を得て、位相変化の算定を行い、予め得られ
た補正データとともに位相補正を行い軸力算出を行うと
いう一連の工程を、自動的に演算処理するプログラムを
予め設定すると良い。
ば前述の２位相ロックイン検出法で処理するための電気
回路などと接続したパーソナルコンピュータに、前記各
種温度における当該位相と軸力とのデータを記憶させて
おき、また別途設定するボルトの温度を測定する温度計
からの信号を得て、位相変化の算定を行い、予め得られ
た補正データとともに位相補正を行い軸力算出を行うと
いう一連の工程を、自動的に演算処理するプログラムを
予め設定すると良い。
【００３８】
【実施例】常温、ＬＮＧ配管（−１６０℃）及びＯＲＶ
フランジ（−１００℃）に使用されているオーステナイ
ト系ステンレス製ボルトの軸力評価を行った。ボルトの
材質はＳＵＳ ３１６Ｌ、サイズは直径２５．４ｍｍで
長さ１５０ｍｍ、２５０ｍｍである。
フランジ（−１００℃）に使用されているオーステナイ
ト系ステンレス製ボルトの軸力評価を行った。ボルトの
材質はＳＵＳ ３１６Ｌ、サイズは直径２５．４ｍｍで
長さ１５０ｍｍ、２５０ｍｍである。
【００３９】超音波の印加・検出装置としては、基本的
に図２と同様構成を採用した治具を用い、電気ヒーター
を内蔵させてＥＭＡＴを加熱する構成である。ＥＭＡＴ
は、２０ｍｍ×２０ｍｍのＮｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石
と、外径２０ｍｍ、内径４ｍｍの巻数４０回のコイルを
エポラック樹脂で接着した単極構造を採用した。
に図２と同様構成を採用した治具を用い、電気ヒーター
を内蔵させてＥＭＡＴを加熱する構成である。ＥＭＡＴ
は、２０ｍｍ×２０ｍｍのＮｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石
と、外径２０ｍｍ、内径４ｍｍの巻数４０回のコイルを
エポラック樹脂で接着した単極構造を採用した。
【００４０】低温用引っ張り試験機（島津製作所製オー
トグラフＡＧ−１０ＴＤ）を用い、前記ボルトに常温、
−１００℃、−１６０℃の各温度で、０〜１８０ｋｇ／
ｍｍ 2の軸力を加えた。超音波励起と検出には２位相ロ
ックイン検出が可能な構成となした電子装置を使用し
た。
トグラフＡＧ−１０ＴＤ）を用い、前記ボルトに常温、
−１００℃、−１６０℃の各温度で、０〜１８０ｋｇ／
ｍｍ 2の軸力を加えた。超音波励起と検出には２位相ロ
ックイン検出が可能な構成となした電子装置を使用し
た。
【００４１】ボルトの頭部にＥＭＡＴを配置し、超音波
を励起してボルト底部から反射してくる超音波の振幅と
位相を測定した。長さ１５０ｍｍのボルトの場合を、図
６に常温、図７に−１００℃、図８に−１６０℃におけ
る時間と位相との関係のグラフに示す。
を励起してボルト底部から反射してくる超音波の振幅と
位相を測定した。長さ１５０ｍｍのボルトの場合を、図
６に常温、図７に−１００℃、図８に−１６０℃におけ
る時間と位相との関係のグラフに示す。
【００４２】以上の結果から、前述の図４に示す軸力と
位相との関係を得て、測定した位相は、πラジアンの整
数倍ずれているため、−１００℃で２π、−１６０℃で
３π補正を行ったものが正しい位相の値であることを知
見した。
位相との関係を得て、測定した位相は、πラジアンの整
数倍ずれているため、−１００℃で２π、−１６０℃で
３π補正を行ったものが正しい位相の値であることを知
見した。
【００４３】図９は、ＯＲＶのフランジ２０同士の締結
に用いたボルト２１の軸力を測定する場合を示す説明図
であり、前述のＥＭＡＲを内蔵した印加・検出装置２３
により位相を測定し、別途接触式温度計２２でボルトの
温度を測定して位相変化を算定し、先の位相を補正し、
補正値より軸力を算定することができた。
に用いたボルト２１の軸力を測定する場合を示す説明図
であり、前述のＥＭＡＲを内蔵した印加・検出装置２３
により位相を測定し、別途接触式温度計２２でボルトの
温度を測定して位相変化を算定し、先の位相を補正し、
補正値より軸力を算定することができた。
【００４４】
【発明の効果】この発明によると、実施例に明らかかな
ように、−１００℃以下の極低温下におけるボルトの締
付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定す
ることが可能となる。
ように、−１００℃以下の極低温下におけるボルトの締
付トルクを非接触かつ短時間で簡単にかつ正確に測定す
ることが可能となる。
【図１】電磁超音波共鳴法の作動原理を示す電磁超音波
探触子の説明図である。
探触子の説明図である。
【図２】この発明に用いる電磁超音波探触子の装着用治
具の分解説明図である。
具の分解説明図である。
【図３】電磁超音波探触子の温度を変化させた際の反射
波の温度と位相との関係を示すグラフである。
波の温度と位相との関係を示すグラフである。
【図４】周波数２．５ＭＨｚの超音波の横波反射波の位
相を軸力と位相の変化として示すグラフである。
相を軸力と位相の変化として示すグラフである。
【図５】この発明による補正を施した位相を温度の変化
として示すグラフである。
として示すグラフである。
【図６】常温でボルト軸力を０ＭＰａから１８０ＭＰａ
まで変化させた際の反射波の時間と位相との関係を示す
グラフである。
まで変化させた際の反射波の時間と位相との関係を示す
グラフである。
【図７】−１００℃でボルト軸力を０ＭＰａから１８０
ＭＰａまで変化させた際の反射波の時間と位相との関係
を示すグラフである。
ＭＰａまで変化させた際の反射波の時間と位相との関係
を示すグラフである。
【図８】−１６０℃でボルト軸力を０ＭＰａから１８０
ＭＰａまで変化させた際の反射波の時間と位相との関係
を示すグラフである。
ＭＰａまで変化させた際の反射波の時間と位相との関係
を示すグラフである。
【図９】ＯＲＶ実機におけるフランジ部のボルトの軸力
を測定する方法を示す説明図である。
を測定する方法を示す説明図である。
１ 永久磁石 ２ コイル ３ 電磁超音波探触子 ４ ボルト １０ ボルトキャップ １１ ＥＭＡＴ用キャップ １２ 孔部 ２０ フランジ ２１ ボルト ２２ 温度計 ２３ 印加・検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田丸 英夫 千葉県袖ヶ浦市福王台３−４ 東京ガス寮 (72)発明者 浅野 鐵夫 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属テ クノロジー株式会社内 (72)発明者 吉田 政司 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属テ クノロジー株式会社内 (72)発明者 秋山 優 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F051 AA00 AB04 AC04 2G047 AA07 AC07 AD20 BA03 BC02 CA02 CB02 EA10 EA12 GF08 GG29 GG43
Claims (6)
- 【請求項１】 被測定ボルトに超音波を発生させる電磁
超音波探触子を用いて該軸方向に超音波を印加しかつ反
射波を検出する超音波の印加・検出工程と、前記超音波
とその反射波の位相より該ボルトに加えられた軸力とボ
ルト長さとの関係を求める演算工程、被測定ボルトの温
度に応じて前記位相を補正する補正工程とを有する低温
下におけるボルトの軸力測定方法。 - 【請求項２】 電磁超音波探触子に断熱手段と加熱手段
の一方または両方を具備させた請求項１に記載の低温下
におけるボルトの軸力測定方法。 - 【請求項３】 電磁超音波探触子の温度を−７０℃以上
に保持する請求項１に記載の低温下におけるボルトの軸
力測定方法。 - 【請求項４】 被測定ボルトの温度が−９０℃以下であ
る請求項１に記載の低温下におけるボルトの軸力測定方
法。 - 【請求項５】 被測定ボルトの材質がステンレス鋼であ
る請求項１に記載の低温下におけるボルトの軸力測定方
法。 - 【請求項６】 被測定ボルトに超音波を発生させるため
の磁石と励磁コイルからなり、断熱手段と加熱手段の一
方または両方を具備した電磁超音波探触子並びに電流の
発生・検出手段を有する超音波の印加・検出装置と、前
記超音波とその反射波の位相より該ボルトに加えられた
軸力とボルト長さとの関係を求める演算記憶装置と、被
測定ボルトの温度の測定手段を有して該温度応じて前記
位相を補正する補正演算装置とを有する請求項１に記載
の低温下におけるボルトの軸力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001074020A JP2002277336A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 低温下におけるボルトの軸力測定方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001074020A JP2002277336A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 低温下におけるボルトの軸力測定方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002277336A true JP2002277336A (ja) | 2002-09-25 |
Family
ID=18931364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001074020A Withdrawn JP2002277336A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 低温下におけるボルトの軸力測定方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002277336A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012522213A (ja) * | 2009-03-27 | 2012-09-20 | アトラス・コプコ・ツールス・アクチボラグ | 超音波測定方法及び装置 |
| KR101842048B1 (ko) | 2016-10-11 | 2018-05-14 | (주)이큐브시스템 | 나사의 축력 및 마찰토크 측정장치와 이를 이용한 측정방법 |
| CN108375433A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-07 | 北京金风慧能技术有限公司 | 基于电磁超声技术检测螺栓的轴力的方法和设备 |
| CN112055808A (zh) * | 2018-05-14 | 2020-12-08 | 株式会社华尔卡 | 实验装置、实验系统、程序、方法以及学习方法 |
| WO2021106186A1 (ja) | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 三菱電機株式会社 | 超音波探触子 |
| CN113587992A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-02 | 律音科技(武汉)有限公司 | 固体材料预紧力和温度的超声波双波测量方法、用途及设备 |
| CN113933393A (zh) * | 2021-10-16 | 2022-01-14 | 北京创程科技有限公司 | 一种基于电磁超声与3d相控阵的螺栓监测系统及方法 |
| CN115365099A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-22 | 中国特种设备检测研究院 | 一种电磁超声换能器及测试系统 |
-
2001
- 2001-03-15 JP JP2001074020A patent/JP2002277336A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012522213A (ja) * | 2009-03-27 | 2012-09-20 | アトラス・コプコ・ツールス・アクチボラグ | 超音波測定方法及び装置 |
| KR101842048B1 (ko) | 2016-10-11 | 2018-05-14 | (주)이큐브시스템 | 나사의 축력 및 마찰토크 측정장치와 이를 이용한 측정방법 |
| CN108375433A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-07 | 北京金风慧能技术有限公司 | 基于电磁超声技术检测螺栓的轴力的方法和设备 |
| CN112055808A (zh) * | 2018-05-14 | 2020-12-08 | 株式会社华尔卡 | 实验装置、实验系统、程序、方法以及学习方法 |
| WO2021106186A1 (ja) | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 三菱電機株式会社 | 超音波探触子 |
| CN113587992A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-02 | 律音科技(武汉)有限公司 | 固体材料预紧力和温度的超声波双波测量方法、用途及设备 |
| CN113587992B (zh) * | 2021-07-29 | 2022-07-12 | 律音科技(武汉)有限公司 | 固体材料预紧力和温度的超声波双波测量方法、用途及设备 |
| WO2023005061A1 (zh) * | 2021-07-29 | 2023-02-02 | 律音科技(武汉)有限公司 | 固体材料预紧力和温度的超声波双波测量方法、用途及设备 |
| CN113933393A (zh) * | 2021-10-16 | 2022-01-14 | 北京创程科技有限公司 | 一种基于电磁超声与3d相控阵的螺栓监测系统及方法 |
| CN113933393B (zh) * | 2021-10-16 | 2024-04-02 | 北京创程科技有限公司 | 一种基于电磁超声与3d相控阵的螺栓监测系统 |
| CN115365099A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-22 | 中国特种设备检测研究院 | 一种电磁超声换能器及测试系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2750601T3 (es) | Procedimiento para detectar tensiones termomecánicas variables en el tiempo y/o gradientes de tensión a través del espesor de las paredes de cuerpos metálicos | |
| Kim et al. | Generating and detecting torsional guided waves using magnetostrictive sensors of crossed coils | |
| JP2002277336A (ja) | 低温下におけるボルトの軸力測定方法とその装置 | |
| CN102305607B (zh) | 超声波测量锅炉管内壁氧化层厚度的校准方法 | |
| KR20100089767A (ko) | 측정 장치 | |
| CN105301117B (zh) | 一种用超声频散补偿原理检测空心圆柱体周向缺陷的方法 | |
| JP4408296B2 (ja) | Ｎｍｒ装置 | |
| CN105628790B (zh) | 一种基于材料物性参数变化的结构内部温度场测量方法 | |
| CN100405057C (zh) | 龟裂的非破坏定量评价方法 | |
| Gao et al. | Noncontact magnetostrictive torsional guided wave sensors for small-diameter pipes | |
| CN112710417B (zh) | 试件厚度未知情况的平面应力测量系统及其测量方法 | |
| Michaels et al. | An integrated strategy for detection and imaging of damage using a spatially distributed array of piezoelectric sensors | |
| JP2009025093A (ja) | 電磁超音波測定装置および電磁超音波を用いた板厚および応力の測定方法 | |
| JPWO2014155612A1 (ja) | ベイナイト組織のクリープ余寿命の予測方法 | |
| JP2018059804A (ja) | 非破壊検査測定システムの較正装置および非破壊検査測定方法 | |
| US9038472B2 (en) | Testing method using guided wave | |
| YAN et al. | Surface Crack Orientation Detection Method of Stainless Steels Based on Electromagnetic Field | |
| Jimenez et al. | Handheld solution for measurement of residual stresses on railway wheels using EMATs | |
| Vinogradov et al. | Mockup evaluation of magnetostrictive transducers for guided wave monitoring of pipe at 200 C | |
| JP3570680B2 (ja) | 磁気共鳴測定セル | |
| Yao et al. | Stress measurement based on magnetostrictive characteristic parameters | |
| JP2015040746A (ja) | 電磁超音波センサー、金属材料の脆化評価装置および金属材料の脆化評価方法 | |
| Budenkov et al. | Influence of the chemical composition and temperature of metals on the efficiency of electromagnetic-acoustic transformation | |
| Vinogradov et al. | Evaluation of FeCo magnetostrictive sensors for SHM of components operating in harsh environmental conditions | |
| WO2015045081A1 (ja) | 超音波による非破壊測定装置および方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20051021 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20051024 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051226 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20051226 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |