JP2007271615A - 超音波流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、良好な又は高い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】この発明は、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測定装置において、圧電素子と接続素子を有する少なくとも１つの超音波トランスデューサを具備し、前記接続素子は、測定されるべきラインに前記超音波トランスデューサを装着するように形成され、前記圧電素子は、前記圧電素子と前記接続素子の間に配置された中間プレートによって前記接続素子に装着され、前記中間プレートは、前記圧電素子と導電接触することにある。
【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。

しかしながら、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。

このように、使用しやすい超音波流量測定装置が強い信号を送出する必要性がある。
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、良好な又は高い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。

本願発明のもう一つの様相は、圧電素子と接続素子の間に配された中間プレートを有する超音波流量測定装置を提供することである。前記中間プレートは、特別な幾何学的構成を有する。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。この方法において、中間プレートを通過する超音波信号は、中間プレートの幾何学的構造によって最も少ない影響を受けるものである。

前記圧電素子は、いろいろな方法で電気的に接続可能である。本願発明の好ましい例によれば、前記中間プレートは、圧電素子の電気的接続として使用される。この目的のために、前記中間プレートは、前記圧電素子と直接的、物理的、金属的導電接触する金属部が設けられる。特に、この構造において、前記圧電素子は、中間プレート上、又は中間プレートの部品上に載置される。

さらに、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前記接続素子に装着される。この配置において、前記中間プレートは、前記接続素子への圧電素子の接着のための接着層を有する少なくとも１つの凹部を有する。これによって、前記圧電素子は、特に前記中間プレートに設けられた接着層によって、接続素子上に接着固定される。さらに前記接着層の厚さは、前記中間プレートの厚さに対応する。

本願発明の好ましい例によれば、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操作されるように設計され、且つ前記中間プレートの厚さは、前記超音波周波数で前記接着層に生じる波長の４分の１に対応する。これによって、最も低い損失を確実にする最適な調節が達成される。前記接着層は、前記圧電素子の電気的接触を形成することが、中間プレートを介した達成される必要がないように、電気的導通セメントであることも可能である。

本願発明の好ましい例によれば、前記超音波トランスデューサは、電磁シールド手段内に配置される。この場合、超音波トランスデューサが電磁ノイズにさらされないことを確実にする方法が取られる。もし電磁ノイズが、ライン及び構成部品、例えば電子回路構成部品につながることがないならば、外部干渉から少なくともフリーである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分断することは、シールドされたラインによって可能となる。

基本的に、本願発明の構成において、いろいろなシールド手段が可能である。前記シールド手段は、金属製又は少なくとも金属コートされたハウジングによって形成される。さらに、超音波トランスデューサの電気的接続に関して、ケーブルはシールド機能を有し、このケーブルのシールド機能は、前記シールド手段への金属的に且つ導電的に接続される。これによって、外部干渉がほとんどなく、超音波トランスデューサから出力された測定信号が出力されるので、上記課題が達成できる。

前記中間プレートは、超音波トランスデューサの電磁シールド手段の構成部品であることも可能である。この場合、本願発明の他の変形例によれば、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に完全に金属製であることが好ましい。中間プレートのこの金属製構造は、圧全素子のための電気的接続として中間プレートの上述した機能のために必要である。

前記中間プレートと反対側の側面の圧電素子の電気的接続は、いろいろな方法において達成される。前記中間プレートの反対側の圧電素子の側面は、前記圧電素子に当接する接点スプリングへの電気的接続として機能することができる。これによって、圧電素子の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、前記接触素子に着脱自在に装着される。本願発明の好ましい例によれば、接続素子は、圧電素子のための位置決め手段を有する。特に、前記接続素子は、圧電素子のための正確に規定された位置決め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位置決め手段として設計される。

最後に、前記接続手段は、いろいろな材料で製造可能であり、且ついろいろな幾何学的形状であることもできる。本願発明の好ましい例によれば、前記接続手段は、プラスチックで形成されたくさび形であることが望ましい。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明に係る超音波トランスデューサユニットの構成部品は、図１の分解図において示される。前記超音波トランスデューサユニットは、実際の接続が、超音波トランスデューサユニットと測定されるべき媒体が流れる図示しないラインとの間の生じるプラスチック製のくさび形状の接続素子１を有する。前記接続素子１は、導波管又は超音波伝搬素子として作用する。前記接続素子１は、突出壁部の形状の位置決め手段２を有し、中間プレート３と圧電素子４のための位置決めとして使用される。前記中間プレートは、前記接続素子１と前記圧電素子の間に配され、少なくとも部分的に金属によって及び／若しくは下記するような導電性挿入物を含むことによって導電層を形成する。前記中間プレート３は、いろいろな幾何学的構造を形成することが可能である。この例において、前記中間プレート３は、お互いに平行な上面及び底面を有し、該プレートを介して伝搬される超音波信号にあまり影響を与えないようにしている。

中間プレート３は、図１に示すような内側開口部を有し、中間プレート３が前記接続素子１上に載置される時に、図２及び図３から明らかなように接着層５のような挿入物で満たされる間隙を有する。例えば、接着層５は、単体又は複合の導電性エポキシセメントであることができる。図面から明らかなように、前記中間プレート３は、前記圧電素子４が、接着層５及び中間プレート３の部品上に載置されるように、形成される。これによって、中間プレート３によって形成された層の一部は、導電性材料から、金属から形成される中間プレート３によって、又は金属表面及び／若しくは導電性材料かなる接着層５によって形成される。これは、圧電素子４との直接的導電接触を形成する。

本願ン発明の好ましい例によれば、電磁シールド機構６は、少なくともその一部が金属で形成された中間プレート３及びハウジング７から構成され、電磁ノイズに対するシールドを提供する。前記ハウジング７は、中間プレート３に載置され、他の電子回路構成部品と共に前記圧電素子から形成される超音波トランスデューサを覆っていることから、閉鎖されシールドされた空間が、前記超音波トランスデューサ８にわたって規定される。

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機能を有する同軸ケーブル１０を介して実施される。前記ケーブル１０のコアは、中間プレート３の反対側の前記圧電素子４の側面に設けられる端子スプリング１１とつながっている。前記圧電素子４は中間プレート４にガルヴァーニ導電方法において載置され、同軸ケーブル１０のシールド機能が前記中間プレート３上に置かれる前記ハウジング７に接続されるので、圧電素子４の接地が、端子スプリング１１の反対側で実施される。

全ての構成部品は、図１に示されるように、接続素子１にねじ込まれる最終的にプラスチック製のハウジングによって保護される。その結果として、超音波トランスデューサ８が、外部干渉から少なからずフリーとなる測定信号を出力する。

前記接着層５の厚さは、図２から明らかなように、中間プレート３の厚さに対することが重要である。これについて、前記超音波トランスデューサ８は、予め設定された超音波周波数で操作されるために、前記中間プレート３の厚さが、予め設定された超音波周波数で、前記接着層５上の超音波波長の４分の１に対応して選択されるように、設計される。これによって、圧電素子４から接続素子１１への超音波信号の伝搬の最適な適用の利点が達成される。

装置の対する改良及び変形例及び特定の構成部品は、本願発明によって形成され且つ付加された請求項において述べられた発明の範囲内にあるものである。例えば、構成部品の形状及び材料は、特別に意図された使用によって変化させることができるものである。

本願発明の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分解側面図である。 図１の超音波トランスデューサの側面図である。 図１の超音波トランスデューサの別の側の斜視図である。

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 ハウジング

Claims (20)

1. 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測定装置において、
   圧電素子と接続素子を有する少なくとも１つの超音波トランスデューサを具備し、
   前記接続素子は、測定されるべきラインに前記超音波トランスデューサを装着するように形成され、
   前記圧電素子は、前記圧電素子と前記接続素子の間に配置された中間プレートによって前記接続素子に装着され、
   前記中間プレートは、前記圧電素子と導電接触することを特徴とする超音波流量測定装置。
2. 前記中間プレートは、お互いに平行な上面及び底面を有す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. 前記中間プレートは、圧電素子の電気的接続として使用され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. 前記圧電素子は、前記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１記載の超音波流量測定装置。
5. 前記中間プレートは、少なくとも１つの凹部を有し、且つ接着層が、前記圧電素子を前記接続素子に装着する凹部に設けられ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。
6. 前記接着層は、導電性材料を含むことを特徴とする請求項５記載の超音波流量測定装置。
7. 前記接着層の厚さは、前記中間プレートの厚さに対応することを特徴とする請求項５記載の超音波流量測定装置。
8. 予め設定された超音波周波数で操作されるように設計された超音波トランスデューサを形成する圧電素子に接続される電子回路構成部品を具備し、且つ前記中間プレートの厚さは、前記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７記載の超音波流量測定装置。
9. 前記中間プレートは、少なくとも部分的に金属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。
10. 前記中間プレートは、完全に金属で形成された圧電素子と対面する側面を有す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。
11. 前記圧電素子は、中間プレートと対面する側面と、反対側側面とを有し、端子スプリングが、その反対側側面に当接し、電気的接続を形成す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。
12. 前記接続素子は、前記圧電素子を位置決めするための位置決め形成物を有す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。
13. 前記接続素子は、プラスチック製のくさび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。
14. 該装置は、前記ラインの外側表面にクランプするクランプオン式超音波流量測定装置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。
15. 導電性ハウジングと、該ハウジングに接続される電気ケーブルとを具備し、前記中間プレート及び電気ケーブルに接続されるハウジングは、前記圧電素子に接続され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。
16. 電気的構成要素と、前記電気ケーブル及び前記圧電素子の間を接続する端子スプリングとを具備し、これら全てが前記ハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１５記載の超音波流量測定装置。
17. 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、
    ラインの外側表面に装着されるように設計され、超音波伝搬要素を形成する接続素子と、
    接続素子に設けられる金属部を有するプレートと、
    前記圧電素子が前記接続素子に装着されるように、前記プレートに接続される圧電素子を有する超音波トランスデューサと、
    前記プレート及び前記超音波トランスデューサに接続され、前記超音波トランスデューサの回りに配される導電性ハウジングを有する電磁シールド手段と、
    出力信号を発生させるために、予め設定された超音波周波数で前記超音波トランスデューサを作動させる前記電磁シールド手段に接続される電気ケーブルとを具備することを特徴とする超音波流量測定装置。
18. 前記プレートは、凹部を有し、接着層が、圧電素子を接続素子に接続する前記凹部に配されることを特徴とする請求項１７記載の超音波流量測定装置。
19. 前記接続素子は、プラスチック製の楔であることを特徴とする請求項１７記載の超音波流量測定装置。
20. 前記接続素子は、前記圧電素子に当接する位置決め手段を有することを特徴とする請求項１９記載の超音波流量測定装置。

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