JP2007271613A - 超音波流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なＳＮ比を有する信号を出力する超音波流量測定装置、特にクランプオン式超音波流量測定装置を提供する。
【解決手段】ラインを流れる媒体の流量を測定するための超音波流量測定装置において、少なくとも１つの超音波トランスデューサ８と、少なくとも１つの超音波トランスデューサ８のための電磁シールド手段６とを具備し、少なくとも１つの超音波トランスデューサ８が前記電磁シールド手段６で囲設されることにある。
【選択図】図１

Description

この発明は、少なくとも１つの超音波トランスデューサを有し、媒体が流れるラインを介して流量を測定する超音波流量計、特にクランプオン式流量計に関する。

クランプオン式流量測定装置は、特に簡単に使用できることの特徴を持っている。パイプラインの一部と置き換えられる装置によって、現存するパイプラインシステムに一体に組み込まれる他の超音波流量測定装置に対して、クランプオン式超音波流量測定装置は、配管システムの適当なライン部分の外側に簡単に配置することができる。クランプオン式流量測定装置が装着されるライン部分は、大きな労力によって配管システムに装着されなければならない別の測定ラインを必要としない測定ラインとなる。これは、クランプオン式超音波流量測定装置の使用を、簡単且つ経済的にする。

他の超音波流量測定装置と同様に、クランプオン式超音波流量測定装置における問題は、獲得される信号が大変小さいことである。これは、例えば、結果として本質的安全をなす回路によって低い作動電圧となる。さらに、そのＳＮ比は、異なる材料間の不整合の音波移行によって減じされる。最後に、信号通路で、各々の媒体において生じる減衰効果によって信号が失われる。これは、受信用超音波トランスデューサによって出力される大変小さい測定信号と関連する。この点で、そのような小さい測定信号は、電磁ノイズに影響されやすい。
特開２００２−３１８１４４号公報 特開２００２−３３３３５５号公報 特開２００３−２６２５４５号公報

この発明の主たる目的は、良好なＳＮ比を有する信号を出力する超音波流量測定装置、特にクランプオン式超音波流量測定装置を提供することにある。

最初に記載された超音波流量測定装置から発展して、この目的は、超音波トランスデューサが、電磁シールド手段内に配置されることによって達成される。

それ故に、本願発明によれば、超音波トランスデューサが電磁ノイズに晒されないことを確実にする方法が提供される。もし電磁ノイズが、ライン及び電子回路部品のような超音波トランスデューサの構成要素に結合されないならば、例えばシールドされたラインによって、受信用超音波トランスデューサによって出力された信号を、少なくとも実質的に外部干渉なしに、分断することも可能である。

基本的に、本願発明の概要の範囲内で、異なるシールド手段が可能である。本発明の好ましい例によれば、シールド手段が、金属又は少なくとも金属性の材料でコートされたハウジングによって形成されることが提供される。また、本発明の別の好ましい例によれば、超音波トランスデューサの電気的接続に関して、シールドを有するケーブルが存在し、ケーブルのシールドが、前記シールド手段に金属的に且つ導電的に接続されることが提供される。このように、上述した課題は、超音波トランスデューサによって出力された測定信号が、外部干渉なしに出力されることによって達成される。

超音波トランスデューサが電磁シールド手段内に配されるという本願発明による方法は、基本的に超音波流量測定装置に使用することができる。しかしながら、本願発明の好ましい例によれば、超音波流量測定装置は、圧電素子を有する超音波トランスデューサを有し、超音波トランスデューサをラインに装着するために接続素子があり、圧電素子が接続素子に装着され、前記圧電素子と前記接続素子の間には、金属製又は金属コートされたハウジングの一部によって形成された中間プレートがある。

特に、上記中間プレートを設けることによって、他の利点が達成される。特に中間プレートの対応する幾何学的形状及び構造による圧電素子から接続素子への超音波信号の移動の最適な調整が得られるものであり、下記に詳細が説明される。

基本的に、前記中間プレートは、異なる幾何学的構造を伴う。本願発明の好ましい例によれば、中間プレートの上面及び底面は、お互いに平行であることが提供される。この方法において、中間プレートを移動する超音波信号は、中間プレートの幾何学的構造によって少なくとも少しの影響を受ける可能性がある。

基本的に、圧電素子は、異なる方法で電気的に接続される。本願発明の好ましい例によれば、前記中間プレートは、前記圧電素子のための電気的接続物として使用されることが提供される。この目的のために、金属部分を有する前記中間プレートは、前記圧電素子と、直接的な物理的、金属製導電接触を行う。特に、これについて、圧電素子は、中間プレート又は中間プレートの部品上に平たく載置される。

さらにまた、本願発明の好ましい例によれば、圧電素子は、中間プレートによって接続素子に装着される。これについて、本願発明の好ましい例によれば、中間プレートは、圧電素子を接続素子に装着するための接着層が存在する少なくとも１つの凹部を有することが提供される。これは、言い換えると、前記圧電素子が、中間プレートの凹部に設けられた接着層によって、接続素子上に固着されることを意味する。

これについて、本願発明の好ましい例によれば、接着層の厚さは、中間プレートの厚さに対応することが提供される。最後に、この発明の好ましい例によれば、計器用変成器が、予め設定された超音波周波数で操作されるように意図され、中間プレートの厚さが、予め設定された超音波信号での接着層の超音波波長の４分の１に対応することが提供される。この方法において、最小の損失を確実にする最適な調整が、同様に達成される。前記接着層について、圧電素子の電気的接触形成が、中間プレートを介して必然的に実行される必要がないような電導セメントが使用される。

本願発明の好ましい例によれば、前記中間プレートは、完全に金属製であること、特に少なくとも圧電素子と対峙する面が金属製であることが提供される。この中間プレートの金属による作製は、圧電素子のための電気的接続物としての中間プレートの機能に関しても必要である。

中間プレートの反対側での圧電素子の電気的接続は、異なる方向において形成可能である。本願発明の好ましい例によれば、中間プレートの反対側の圧電素子は、電気的接続物として圧電素子に隣接する端子スプリングを有することが提供される。これによって、圧電素子の特に簡単で信頼性のある電気的接触形成が達成される。

基本的に、前記圧電素子は、接続素子に自由に装着することができる。この発明の好ましい例によれば、前記接続素子は、圧電素子の位置決め手段を有することが提供される。特に、これについて、位置決め手段として、前記接続素子は、圧電素子の正確に規定された位置領域が決定される範囲内で、前記接続素子から突出する壁部又はピンを有することが提供される。

最後に、前記接続素子は、いろいろな材料によって形成することが可能であり、異なる幾何学的構造を有することが可能である。しかしながら、本願発明の好ましい例によれば、接続素子は、プラスチックによって形成されたくさび状のものであることが提供される。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の好ましい例による超音波流量測定装置について、ここではその一部である接続素子及びハウジングを含む超音波トランスデューサ手段を示し、下記に説明する。

超音波トランスデューサユニットの全構成要素は、図１の分解図に示される。前記超音波トランスデューサユニットは、測定されるべき流量を有する媒体が流れる（図示されない）流路ラインへの超音波トランスデューサユニットの実際の接続を実行するプラスチックくさび形状の接続素子１を有する。前記接続素子１は、金属製中間プレート３及び圧力素子の位置決めを目的として使用される突出壁部の形の位置決め手段２を有する。

図２及び図３から明らかなように、開口部は、中間プレート３が接続素子１上に載置されるときに、接着層５で満たされる空間を有するように、前記中間プレート３の内側領域に設けられる。接着層５は、単材料又は複合材料の電導エポキシセメントである。図２及び図３から明らかなように、中間プレート３は、圧電素子４が接着層５の上だけでなく、中間プレート３の一部の上にも載置されるように形成される。

本願発明の好ましい例において、電磁ノイズのシールドに関して、金属製の中間プレート３及びハウジング７によって構成される電磁シールド手段６が設けられる。前記ハウジング７は、閉鎖されシールドされた空間が、結果として圧電素子及び他の電子回路手段９を含む超音波トランスデューサが設けられる範囲内に生じるように、前記中間プレート３上に載置される。

圧電素子４の電気的接続に関して、下記するものが設けられる。前記超音波トランスデューサユニットの電気的接続は、電磁シールド手段６、特にハウジング７に接続されるシールドを有する同軸ケーブルを介して実行され、その芯は、中間プレート３の反対側の圧電素子４の面に設けられる端子スプリング１１に至る。圧電素子４が、ガルバーニ電気的に導通する方法において、前記中間プレート３に載置され、同軸ケーブル１０のシールドが中間プレート３に設置されるハウジング７に接続されるので、端子スプリング１１の反対側に圧電素子の接地が施される。

最終的に全ての部品は、前記接続素子１にねじ込まれるプラスチックハウジング１２によって防護される。その結果として、超音波トランスデューサ８から出力された測定信号が、外部干渉からある程度自由となる。

また、前記接着層５の厚さが、中間プレート３の厚さに対応することが重要である。これについて、計器用変成器は、中間プレート３の厚さが予め設定された超音波周波数で接着層５に生じる超音波波長の４分の１に対応するように選択されるので、予め設定された超音波周波数で作動するように設計される。これによって、圧電素子４から接続素子１１への超音波信号の移動の最適な調整が達成される。

本願発明の好ましい例に係る超音波流量測定装置の全体的な超音波トランスデューサ手段の概略説明図である。 本願発明の好ましい例に係る超音波流量測定装置の超音波トランスデューサ手段の第１の部分を示した一部切欠図である。 本願発明の好ましい例に係る超音波流量測定装置の超音波トランスデューサ手段の第２の部分を示した一部切欠図である。

符号の説明

１ 接続素子
２ 位置決め手段
３ 中間プレート
４ 圧電素子
５ 接着層
６ 電磁シールド手段
７ ハウジング
８ 超音波トランスデューサ
９ 電気回路手段
１０ 同軸ケーブル
１１ 端子スプリング
１２ プラスチックハウジング

Claims (14)

1. ラインを流れる媒体の流量を測定するための超音波流量測定装置において、
   少なくとも１つの超音波トランスデューサと、
   少なくとも１つの超音波トランスデューサのための電磁シールド手段とを具備し、少なくとも１つの超音波トランスデューサが前記電磁シールド手段で囲設されることを特徴とする超音波流量測定装置。
2. 前記電磁シールド手段は、少なくとも金属でコートされたハウジングからなることを特徴とする請求項１記載の超音波流量測定装置。
3. 前記電磁シールド手段によってシールドされた少なくとも１つの超音波トランスデューサの電気的接続のための電磁シールドされたケーブルを具備し、該ケーブルの電磁シールドは、前記電磁シールド手段への金属的且つ導電的接続であることを特徴とする請求項１記載の超音波流量測定装置。
4. 前記超音波トランスデューサは圧電素子を有し、接続素子は前記超音波トランスデューサをラインに装着するために設けられ、前記圧電素子は前記接続素子に装着され、且つ中間プレートが前記圧電素子と前記接続素子の間に配置され、該中間プレートが少なくとも金属でコートされたハウジングの一部によって形成されることを特徴とする請求項２記載の超音波流量測定装置。
5. 前記中間プレートの上面及び下面は、お互いに平行であることを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
6. 前記中間プレートは、前記圧電素子のための電気的接続を行うことを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
7. 前記圧電素子は、中間プレートによって前記接続素子に装着されることを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
8. 前記中間プレートは、前記圧電素子を前記接続エレメントに装着するための接着層を有する少なくとも１つの凹部を有することを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
9. 前記接着層は、前記中間プレートの厚さに対応する厚さを有することを特徴とする請求項８記載の超音波流量測定装置。
10. 前記超音波トランスデューサは、予め設定された超音波周波数で制御され、前記中間プレートは、予め設定された超音波周波数で前記接着層に生じる超音波波長の４分の１に対応することを特徴とする請求項９記載の超音波流量測定装置。
11. 前記中間プレートは、少なくとも前記圧電素子と対面する側が完全に金属で形成されることを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
12. 前記中間プレートの反対側面の圧電素子は、電気的接続として前記圧電素子に当接する端子スプリングを有することを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
13. 前記接続素子は、前記圧電素子のための位置決め手段を有することを特徴とする請求項４記載の超音波流量測定装置。
14. 前記接続素子は、プラスチック製の楔形状であることを請求項４記載の超音波流量測定装置。

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