JP2004526127A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、容易に製造される超音波流量計（１）を提供することである。この目的のために、本発明は、測定管（３）の内部に配置されて、留め具（２８Ａ、２８Ｂ）を有する偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）を設ける。超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）を対応するフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）に挿入することにより、上記偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）が、フランジと超音波ヘッドの間に留め具（２８Ａ、２８Ｂ）で恒久的に固定される。偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）を一体物のプレス加工金属部品として形成することにより、流量計（１）の内部が全金属構成を有することが好ましい。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、請求項１の前提項に記載した超音波流量計に関する。
【０００２】
（背景技術）
論文「超音波流量計（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ）」（Ｔｒａｎｓ． Ｉｎｓｔ． Ｍ．Ｃ． Ｖｏｌ． ４， Ｎｏ． １ Ｊａｎ−Ｍａｒ １９８２， ｐ．２−２４）から、各種の超音波流量計、特に、請求項１の前提項に記載の超音波流量計が公知である。第１０頁の図１４Ｅが、測定管の長手方向に互いに間隔をあけて２個のフランジを設けた構成を示す。概略図示された偏向ミラーがフランジに挿入され、更に、偏向ミラーの端面が、超音波変換器としても示される超音波ヘッドを支承する。偏向ミラーは、明らかに管状に形成されていると共に、フランジ側に各フランジを密閉する密封縁部を有する。
【０００３】
ヨーロッパ特許公開公報ＥＰ０８９７１０１Ａ１から、超音波変換器に対向する偏向ミラーが測定管の対向ケース壁に固定又は支持された超音波流量計が公知である。測定管は両側で処理されなければならないので、これは高価な構造である。更に、これにより、管内部に不利な流れが形成される。
【０００４】
米国特許第４，６１０，１６７号から、偏向ミラーが、同様に超音波ヘッドに向いた測定管壁に配置された構成が公知である。図１３には、明らかに留め具により測定管の内部に固定された偏向ミラーが概略図示されている。超音波ヘッドは、フランジに装入された分離一体構造物をケースと共に形成する。図１４は、固定された偏向ミラーの管状形態が認識される構成を示す。どの程度まで偏向ミラーと超音波ヘッドが分離されているか、又は、共通の一体構造物を形成するかは図示されていない。
【０００５】
（発明の開示）
本発明は、偏向ミラーの簡単な構成を設けた超音波流量計を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明において、上記目的は、請求項１の特徴項により達成される。このようにして、偏向ミラーの驚く程簡単な固定と超音波流量計の構成が与えられることにより、追加の固定手段が全く必要でない。夫々の部品は互いに保持及び支持する。
【０００７】
偏向ミラーは、夫々のフランジに留め具により差込み自在に固定されることが好ましい。それにより、特に簡単な組立、場合によっては、自動的な投下組立が可能となる。
【０００８】
超音波ヘッドは夫々のフランジにねじ込まれると共に、留め具の自由端が係止頭部を有し、更に、係止頭部は、夫々のフランジの領域内で対応する開口に固定されることが好ましい。それにより、ミラーの調整が無くなる。組立中の偏向ミラーの変位も防止される。超音波ヘッドをねじ込むことにより、偏向ミラーがその取付け位置に強固に固定される。代りに、差込み固定又は差込みねじ締めも可能である。
【０００９】
留め具を有する各々の偏向ミラーを一体物のプレス加工金属部品として形成することが有利である。それにより、特に簡単な製造が得られる。
【００１０】
各々の偏向ミラーは、対向する両側でミラー部材に当接するように対向する２個の留め具を有することが好ましい。それにより、偏向ミラーはその両側で安全且つ安定的に操作されるから、偏向ミラーの運転において、曲げや変位が生じない。最も簡単な場合、ミラー部材の片側だけに当接する単一の留め具で足りる。
【００１１】
更に、温度センサーとプロセッサを設けて、検出した温度と検出した流量から熱量を算出することができる。それにより、超音波流量計が熱量測定に適している。
【００１２】
測定管と、偏向ミラーと、超音波ヘッドの媒質対向面とを金属で製造することが有利である。それにより、いわゆる「単一材料構成」が得られるので、腐食又は他の腐食促進の化学的影響が防止される。銅とニッケルを含む合金を偏向ミラーに使用することが好ましい。この合金は、偏向ミラーがプレス加工金属部品として形成されて曲げなければならない時に特に適している。測定管と、超音波ヘッドの媒質対向面、特にそのケースが黄銅合金で製造されることが好ましい。
【００１３】
「全金属構成」の他の利点は、金属・プラスチック構成と比べて、流量計がより高い運転温度及び媒質温度に適していることである。全金属構成は測定管全体の清浄処理においても好都合である。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は、例えば、家庭において水量メータ又は熱量メータとして使用される超音波流量計を示す。原理的に、超音波流量計は、例えば、他の液状又はガス状の媒質、特に化学的な液体又はガスの流量測定のために工業的にも使用される。
【００１５】
超音波流量計１は、以下に、流量計１として示される。流量計１は、まず、例えば、家庭用の水供給の供給装置の不図示の回路に接続された測定管３を含む。流量計１は、外側にねじ６を設けた接続フランジ５を両端に有する。測定管３は、領域Ｂを通じて内側に断面縮小部を有する。媒質の貫流するこの領域は測定区間８として指定される。
【００１６】
測定区間８の両端において、測定管３の詳細に図示されていない外壁に互いに間隔をあけてフランジ１０Ａと１０Ｂが配置されている。フランジ１０Ａと１０Ｂには、夫々、超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂが配置されている。超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂは、一般的に従来技術の通りに構成されている。超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂは、特に黄銅材料から成る金属ケースを有するいわゆるポット型変換器として実施されることが好ましい。このような超音波ヘッド（「音響センサー」とも呼ぶ）は、ＥＰ０６７９８７４とＤＥ１９７０５３２１．１０から公知である。
【００１７】
超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂは、夫々、ねじ２２Ａと２２Ｂでフランジ１０Ａと１０Ｂにねじ込まれることが好ましい。測定管３の内部空間を更に密閉するために、シール２４Ａと２４Ｂが設けられる。以下の実施形態は、夫々がフランジと偏向ミラーを有する２個の超音波ヘッドに対して適用される。
【００１８】
超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂが測定管３の内部を貫流する媒質に対して垂直に音を出すように、対応する超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂを有するフランジ１０Ａと１０Ｂが測定管３に固定される。明らかに、超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂは、夫々、接続突起１４Ａと１４Ｂと回路１５Ａと１５Ｂを介してプロセッサ１６と接続される。従来技術で一般的に知られているように、プロセッサ１６は、超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂの制御と受信信号の分析をするように働く。
【００１９】
流量計１を熱量計として使用する時、同様にプロセッサ１６と回路１５Ｃを介して接続されると共に、検出端１９が測定管３内に、即ち、媒質流に突入する温度センサー１８を更に設けることができる。
【００２０】
従来技術で一般的に知られているように、流量の測定のために、超音波信号が一方の超音波ヘッドから他方の超音波ヘッドへ及びその逆に送られる。媒質流の方向と同じ及びその逆の信号の所要時間の差から、流速がプロセッサ１６において検出される。測定区間８の横断面を考慮することにより、流量を算出することができる。
【００２１】
超音波信号を超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂから測定区間８に沿って送るために、超音波信号が偏向ミラー２０Ａと２０Ｂを介して大きく方向転換される。この考えは、大略、偏向ミラー２０Ａと２０Ｂの簡単な形態と関係する。
【００２２】
図３乃至図５を参照して、偏向ミラーを最初に詳細に説明する。偏向ミラー２０Ａは、大略、中心ミラー部材２６と、ミラー部材２６の両側で対向するように配置された留め具２８を含む。留め具２８は、例えば、ハンマー状に形成された係止頭部３０を端部に有する。明らかに、他の形状、例えば、円形も可能である。簡素化した実施形態では、ミラー部材の片側だけに留め具を設けた変形例も可能である。ミラー部材２６は、超音波信号を偏向するために働く。
【００２３】
偏向ミラー２０Ａは、一体物のプレス加工金属部品として形成されることが好ましい。図５は、平坦なプレス加工部品として、曲げた留め具２８の無い平坦な初期状態の偏向ミラー２０Ａを示す。留め具２８を曲げることにより、測定管３内の超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂの取付け方向が適合して、超音波信号の正確な偏向が生じることが重要である。超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂの好ましい垂直な取付け方向により、ミラーが媒質の切換え方向又は貫流方向に対して４５°の角度に位置決めされる。
【００２４】
偏向ミラー２０Ａと２０Ｂの材料として、銅とニッケルを含む合金を使用することが好ましい。一方では、その合金は、プレス加工可能及び曲げ自在でなければならない。他方では、その合金は、耐食性と測定管３及び超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂとの適合性に関する要件を満足しなければならない。超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂのケースと測定管３の材料として、黄銅合金を使用することが好ましい。更に、ミラー部材の材料は所定の硬度を有しなければならないので、良好な音響偏向が起こる。
【００２５】
代りに又は追加として、このような偏向ミラー２０Ａと２０Ｂが、係止頭部３０の領域内に延在する部材、例えば、プラスチック脚部を有して、好都合な固定がなされることも考えられる。
【００２６】
この偏向ミラーのより重要な点又は考えは、偏向ミラーが、対応する超音波ヘッドにより測定管内に簡単に固定され得ることである。図２は、フランジ１０Ｂだけが偏向ミラー２０Ｂを備える測定管３の平面図を示す。これを補足して、図１には、縦断面の偏向ミラー２０Ｂが示されている。超音波ヘッド１２Ｂは、係止頭部３０Ｂの領域内に概略的に図示されている。
【００２７】
図２において、フランジ１０Ａに、その偏向ミラーの留め具を収容するために内側に第１凹所３２Ａと第２凹所３２Ｂが設けられている。これらの凹所は、留め具２８の形状に対応して形成され、係止頭部３０が第１凹所３２Ａにロック嵌入される。凹所は測定管３の材料の孔又はくぼみとして形成できるので、偏向ミラー２０Ａと２０Ｂは外部から簡単に挿入することができるから、偏向ミラー２０Ａと２０Ｂが凹所３２Ａと３２Ｂの案内により自動的に所定位置に配置される。
【００２８】
この位置は、図１及び図２のフランジ１０Ｂに良く図示されている。偏向ミラー２０Ｂは、留め具２８Ｂとその端部の係止頭部３０Ｂにより、凹所３２Ｂと３３Ｂにロックされる。留め具２８Ｂの最終的な固定を簡単に行うために、超音波ヘッド１２Ｂがフランジ１０Ｂにねじ込まれる。この時、超音波ヘッド１２Ｂは、その端面３４Ｂで偏向ミラー２０Ｂの係止頭部３０Ｂを押圧して、係止頭部３０Ｂを対応する凹所３２Ｂと３３Ｂに強固に固定する。場合によっては、固定のやり方により係止頭部３０Ｂの圧潰が生じるが、この時、ミラー部材２６Ｂの変位が起きない。
【００２９】
明らかに、超音波ヘッド１２Ａと１２Ｂの別の固定、例えば、差込み継手や接着を用いることができる。この考えに重要なのは、媒質領域内での可能な限りの全金属構成により、流量計が簡単に製造されることである。組立は、大略、ａ）偏向ミラーの挿入の工程と、ｂ）超音波ヘッドの取付けによる偏向ミラーの固定の工程だけを含む。それにより、偏向ミラーのための追加の固定可能性又は別の固定手段は、不必要であり回避される。その結果、流量計１の機構は最小限まで簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波ヘッドと偏向ミラーが挿入された本発明の超音波流量計の縦断面図である。
【図２】超音波ヘッドを取外した図１の超音波流量計の平面図である。
【図３】図１の超音波流量計の偏向ミラー示す図である。
【図４】図１の超音波流量計の偏向ミラー示す別の図である。
【図５】図３及び図４の偏向ミラー用のプレス加工金属部品を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波流量計
３ 測定管
８ 測定区間
１０Ａ フランジ
１０Ｂ フランジ
１２Ａ 超音波ヘッド
１２Ｂ 超音波ヘッド
１６ プロセッサ
１８ 温度センサー
２０Ａ 偏向ミラー
２０Ｂ 偏向ミラー

Claims (9)

1. 媒質が貫流し得ると共に、長手方向に互いに間隔をあけて超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）をフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）に配置した測定管（３）を備え、又、超音波信号を一方の超音波ヘッドから他方の超音波ヘッドに送るために、偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）を測定管（３）の内部で各々の超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）の領域内に配置した超音波流量計において、
   各々の偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）が、少なくとも１個の延在させた留め具（２８Ａ、２８Ｂ）を有し、更に、各々の留め具（２８Ａ、２８Ｂ）の自由端を、各々の超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）によってフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）内に又はフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）上に固定したことを特徴とする超音波流量計。
2. 偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）を、夫々のフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）に留め具（２８Ａ、２８Ｂ）により差込み自在に固定した請求項１に記載の超音波流量計。
3. 超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）を夫々のフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）にねじ込むと共に、留め具（２８Ａ、２８Ｂ）の自由端が係止頭部（３０Ａ、３０Ｂ）を有し、更に、係止頭部（３０Ａ、３０Ｂ）を、夫々のフランジ（１０Ａ、１０Ｂ）の領域内で対応する第１凹所（３２Ａ、３２Ｂ）に固定した請求項１又は２に記載の超音波流量計。
4. 留め具（２８Ａ、２８Ｂ）を有する各々の偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）を一体物のプレス加工金属部品として形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波流量計。
5. 各々の偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）が、ミラー部材（２６Ａ、２６Ｂ）と、対向する両側でミラー部材（２６Ａ、２６Ｂ）に当接するように対向する２個の留め具（２８Ａ、２８Ｂ）とを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波流量計。
6. 温度センサー（１８）とプロセッサ（１６）を設けると共に、検出した温度と検出した流量から熱量を算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波流量計。
7. 測定管（３）と、偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）と、超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）の少なくとも媒質対向面とを金属で製造した請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波流量計。
8. 偏向ミラー（２０Ａ、２０Ｂ）が、銅とニッケルを含む合金から成る請求項７に記載の超音波流量計。
9. 測定管（３）と、超音波ヘッド（１２Ａ、１２Ｂ）の媒質対向面とを黄銅合金で製造した請求項７又は８に記載の超音波流量計。