JP2004521367A - 超音波流量計用測定ヘッド - Google Patents

Abstract

超音波流量計のための測定ヘッドで、超音波連結要素４０と測定ヘッド筺体１０とは、一体鋳造され、鋳造材５０と共に接触面Ｅを形成し、接触面Ｅは、効果的な熱伝導を測定ヘッド２に対して行う。製造公差を補償するために、測定ヘッド筺体１０と超音波連結要素４０との間隔は接触面Ｅの領域内で少なくとも１ｍｍである。
【選択図】図２

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計用の連結要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計は、処理および自動化技術で広く利用され、非接触で配管内の体積流量を簡単に知ることが出来る。
従来の超音波流量計は、ドップラーの原理または移動時間差の原理のいずれかに基いて動作する。
【０００３】
移動時間差の原理では、液体の流れの方向に対して、超音波パルスの異なる移動時間を測定する。
このため、超音波パルスは、流れの方向およびその逆方向に伝送する。移動時間差から、流速を知ることが出来、これによって、配管部分の直径を用いて体積流量を得る。
【０００４】
ドップラーの原理では、与えられた周波数の超音波が液体に取り込まれ、その液体から戻ってくる超音波を測定する。取り込まれる超音波と戻ってくる超音波との周波数変動を用いて、液体の流速を求められる。
【０００５】
液体内での反射は、細かい気泡または不純物が混入しているときだけ生じるので、この原理は、主に汚染した液体の場合に利用する。
超音波は、測定ヘッドによって生成され、受信される。特定の測定ヘッドを配管部分の壁面に取り付ける。近年では、締め付け式の超音波測定システムが使用されている。このようなシステムでは、測定ヘッドは、配管の壁面で圧着する。この種のシステムは、例えば、EP-B686,255および米国特許4,484,478および4,598,593に記載されている。
【０００６】
測定ヘッドの主な構成要素は、測定ヘッド筺体、接続部付きの圧電素子、およびプラスチック製の超音波連結要素である。超音波は、圧電要素で生成され、超音波連結要素を通って配管壁に伝わる。ここから超音波は液体中に導かれる。
【０００７】
従来の測定ヘッドでは、超音波連結要素は測定ヘッド筺体よりいくらか長く、超音波連結要素のみが測定管と接触するようになっている。超音波連結要素の熱伝導が小さいので、配管壁から測定ヘッドへと移動可能な熱はほんの少量である。したがって、測定ヘッドに熱変化が生じ、この変化は測定精度に好ましくない影響を与える。
【０００８】
従来の測定ヘッドのもうひとつの欠点は、測定ヘッド筺体と超音波連結要素が接着されていることである。このため、測定ヘッド筺体の製造公差が非常に小さい。したがって、公差の大きい鋳造部の製造に高額の仕上げ操作が必要となる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、上記の欠点を持たず、均一で急速な温度分布を実現し、測定ヘッド筺体の製造における公差を許容し、しかも簡単かつ安価に製造することのできる超音波流量計用の測定ヘッドを提供することにある。
【００１０】
この目的は、以下の通りの超音波流量計用の測定ヘッドによって達成することができる。すなわち、この測定ヘッドは、測定ヘッド筺体の一部に開口部を持ち、測定ヘッド筺体には、圧電素子と接続部とを備えた超音波連結要素が固定され、そして、超音波連結要素と測定ヘッド筺体は一体に鋳造（cast）または注型（potted）され、鋳造材または注型材と共に接触面を形成しており、その接触面領域内での測定ヘッド筺体と超音波連結要素との間隔が少なくとも１ｍｍであることを特徴としている。
【００１１】
本発明の本質的な思想は、一体鋳造を行うことによって測定ヘッド筺体の製造公差を補償すると同時に、この測定ヘッドを測定管に配置することによって接触面の全体を通じ効果的な熱平衡が可能になる、という点にある。
【００１２】
簡素化のためには、上記接触面は平面である。
本発明の更なる発展形態においては、コスト面を考慮して、測定ヘッド筺体を完全に鋳造材で満たす構造はとっていない。
【００１３】
連結要素を測定ヘッド筺体内で鋳造材で十分に固定するために、固定要素(例えば、突起部や溝)を測定ヘッド筺体に備えておく。
有利な形態においては、鋳造材の熱伝導率は１W/ｍKより大きくして熱平衡を急速で実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を、図面を参照して以下にさらに詳しく述べる。
図１は、２つの測定ヘッド２、３を持つ超音波流量計を簡略化して示したもので、測定ヘッド２、３は、配管１の上に配置し、軸に平行に互いに離しておく。液体は、配管１を矢印Ｆの方向に流れる。
【００１５】
測定ヘッド２、３は、異なる2つの方向に動かすことができる。測定ヘッド２を送信器にし、測定ヘッド３を受信器にするか、または測定ヘッド３を送信器にして測定ヘッド２を受信器にすることができ、このような構成で、測定を、流れの方向とその逆方向とに交代で行う。
【００１６】
２つの測定ヘッド２、３は、結合線２３、３３を用いて測定回路１００と接続している。２つの結合線２３、３３は、電気パルスを伝送する。適切な測定回路１００は公知であり、これは本発明の主題ではない。
【００１７】
図２は、図１の測定ヘッドの断面を表す。測定ヘッド２、３の主な構成要素は、測定ヘッド筺体１０、結合部３０で接続される圧電素子２０、プラスチック（例えばＰＥＥＫ，ＰＩ，ＰＥＩ）製の超音波連結要素４０、および鋳造材５０である。結合部３０は、折り曲げ自由なケーブル対３２と結合線２３、３３の接続用プラグ結合３４で構成される。測定ヘッド筺体はその内部１２へと続く開口部１４を有し、ここには超音波連結要素４０が固定されている。
【００１８】
超音波連結要素４０、測定ヘッド筺体１０、および鋳造材５０は、開口部１４の領域内に接触面Ｅを形成している。
接触面Ｅの領域内で、超音波連結要素４０と測定ヘッド筺体１０の内壁１６との間に少なくとも１ｍｍの間隔ａをおく。
【００１９】
固定を完全にしておくために、固定要素８０を測定ヘッド筺体１０に備えておく。図では、溝であるが、その他突起部などでもよい。
測定ヘッド２、３の使用適温は、摂氏−20度から80度である。
【００２０】
本発明の測定ヘッドの動作を、超音波流量計の説明とともにさらに詳しく述べる。
使用中は、測定ヘッド２、３は、その接触面Ｅの全体を配管１の外壁に接して配置される。測定対象の液体の温度変化は、配管１の外壁の温度変化をもたらす。この温度変化は、測定ヘッド２、３に伝わる。配管１からの熱伝導は、接触面Ｅ全体で生じるので、急速な温度平衡が得られる。熱伝導は、配管１から超音波連結要素４０に対してだけでなく、配管１から鋳造材５０および測定ヘッド筺体１０に対しても行われる。鋳造材５０および測定ヘッド筺体１０は通常は金属製であり、その熱伝導がよいので、熱変化は急速に均一化される。このため、信頼性の高い測定が可能となる。
【００２１】
超音波連結要素４０および測定ヘッド筺体１０は一体鋳造なので、測定ヘッド筺体１０の製造における製造公差は補償が容易である。接触面Ｅが、主にこの補償を行うことになる。接触面Ｅの領域内での測定ヘッド筺体１０と超音波連結要素４０との１ｍｍの間隔は、予測される製造公差を十分補償出来ることがわかっている。
【００２２】
内部１２を完全に鋳造材５０で充填しないのは、コスト面で意義がある。部分鋳造であっても、超音波連結要素４０を十分に固定することができる。
鋳造中に、鋳造材５０が溝８０内に注入され、凝固後は超音波連結要素４０が測定ヘッド筺体１０からはずれることはない。
【００２３】
鋳造材５０の熱伝導率が高いため、温度平衡が促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、２つの測定ヘッドを持つ超音波流量計の模式図である。
【図２】図２は、図1の測定ヘッドの断面図である。

Claims (7)

1. 一部開口の測定ヘッド筺体（１０）を備え、該測定ヘッド筐体内に、圧電素子（２０）を有する超音波連結要素（４０）と結合部（３０）とが固定された超音波流量計用の測定ヘッドにおいて、、前記超音波連結要素（４０）と前記測定ヘッド筺体（１０）とが一体鋳造で、鋳造材（５０）と共に接触面Ｅを形成し、該接触面Ｅの領域内での前記測定ヘッド筺体（１０）と前記超音波連結要素（４０）との間隔が少なくとも１ｍｍであることを特徴とする測定ヘッド。
2. 前記鋳造材（５０）は、少なくとも１Ｗ/ｍＫの熱伝導率を持つことを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の測定ヘッド。
3. 前記接触面Ｅが平面であることを特徴とする請求項１に記載の測定ヘッド。
4. 前記測定ヘッド筺体（１０）は、完全に前記鋳造材（５０）で満たされてはいないことを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の測定ヘッド。
5. 固定要素（８０）が前記測定ヘッド筺体（１０）に備えられていることを特徴とする上記いずれかの請求項に記載の測定ヘッド。
6. 溝が前記固定要素（８０）として備えられていることを特徴とする請求項５に記載の測定ヘッド。
7. 突起部が前記固定要素（８０）として備えられていることを特徴とする請求項５に記載の測定ヘッド。