JP2008045989A

JP2008045989A - センサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法

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Publication number: JP2008045989A
Application number: JP2006221644A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nishinoiri; 聡西ノ入; Hiroyuki Fukutomi; 広幸福冨; Takashi Ogata; 隆志緒方
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2006-08-15
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】強磁性体にも非磁性体にも適用可能で、さらに、非常に高温になる監視対象物に対しても適用可能であって、管状体の外周面に板状のセンサを面接触させると共にセンサ全面に押し付け力をかけて固定することができる、センサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法を提供する。
【解決手段】配管３０の外周面３０ａとの間でＡＥセンサ２０を収容する凹部を有すると共に配管外周面３０ａにバンド１８で巻き回すことによって固定されるホルダ１０と、このホルダ１０に設けられて凹部内のＡＥセンサ２０を配管外周面３０ａに向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段１４とを備え、この押圧手段１４によってＡＥセンサ２０の全面を配管外周面３０ａに押し付けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、管状体の状態監視を行なうためのセンサを管状体の外周面に取り付けるときに使用される治具とセンサの管状体への取り付け方法に関する。

監視対象物にセンサを機械的に固定する従来の方法としては、大きく分けて（１）磁石を用いる方法、（２）弾性板を用いる方法、（３）治具を用いる方法、（４）バンドを用いる方法がある。

（１）の磁石を用いる方法としては、例えば、表面が様々な曲率を有する被測定物に対して超音波トランスデューサの先端全面を当接させる超音波トランスデューサが提案されている（特許文献１）。この装置は、被測定物に当接させる先端部に合成樹脂や合成ゴム等の弾性部材を取り付けたものであり、弾性部材が被測定物の表面形状に合せて変形するので、先端全面が様々な曲率の被測定物に当接するようになる。

（２）の弾性板を用いる方法としては、例えば、センサを固定した治具本体を配管外周に取り付け、この治具本体と連携して配管を狭持する弾性板によって治具本体と共にセンサを配管に押し付ける装置が提案されている（特許文献２）。

（３）の治具を用いる方法としては、例えば、センサを配置した配管受台座に配管をセットし、クランプで固定する方法が提案されている（特許文献３）。

（４）のバンドを用いる方法としては、例えば、スプリングコイルに収めたセンサをバンドで巻き付けることでセンサを接触保持する方法が提案されている（特許文献４）。

特開２００１−１７４４４４特開２０００−１９３１８５特開２０００−３０４６２２特開２００１−２６４１２７

しかしながら、特許文献１の磁石を用いてセンサを固定する方法は、センサが取り付けられる監視対象物が強磁性体でなければ適用することができないという問題を有している。また、監視対象物が強磁性体であっても、磁石や強磁性体が磁性を消失する高温では適用することができず、例えば非常に高温になる蒸気配管等に対しては適用することができないという問題を有している。

また、特許文献２の弾性板を用いてセンサを固定する方法は、配管径に合わせて治具本体及び弾性板の大きさを変更しなければならない。すなわち、監視対象の配管ごとに配管径に合わせて新たに取付装置全体を作製しなければならず、取付装置を繰り返して使用することができないという問題を有している。

また、特許文献３の治具を用いてセンサを固定する方法は、既存の配管にセンサを新たに取り付ける場合には、配管径に合わせて治具の配管受台座及びクランプの大きさを変更しなければならない。すなわち、監視対象の配管ごとに配管径に合わせて新たに取付装置全体を作製しなければならず、取付装置を繰り返して使用することができないという問題を有している。さらに、特許文献３の治具の構成では、板状のセンサを面接触させると共にセンサ全面に押し付け力をかけて固定することができないという問題を有している。

さらに、特許文献４のバンドを用いてセンサを固定する方法は、監視対象が管状体の場合に、板状のセンサを面接触させると共にセンサ全面に押し付け力をかけて固定することができないという問題を有している。そして、このため、受信面積を大きくするために面接触させることが必要である例えば振動センサ等の取付装置としては用いることができない。

また、監視対象物にセンサを固定する方法として、接着剤を用いて監視対象物の外周面にセンサを接合して固定する方法も考えられるが、例えば金属とセラミックスのように、監視対象物の材質とセンサの基材の材質との組み合わせによっては接着剤で接合することが困難な場合もある。また、これとは逆に、監視対象物とセンサとが接着剤によって強固に接合された場合には、センサを取り外すことができなくなり、ある監視対象物の監視が終了しても他の監視対象物の監視にセンサを繰り返して使用することができず、また、センサが壊れた場合に新しいセンサを元のセンサと同じ箇所に取り付けることができないので監視データの継続性を保つことができない。さらに、接着剤を用いて監視対象物の外周面にセンサを接合して固定した場合には、監視対象物と接着剤とセンサとの間の熱膨張差により監視対象物の温度の変動に伴って接着界面が乖離したり硬化した接着剤やセンサが割れたりするという問題を有する。

そこで、本発明は、強磁性体にも非磁性体にも適用可能であり、さらに、非常に高温になる監視対象物に対しても適用可能であって、管状体の外周面に板状のセンサを面接触させると共にセンサ全面に押し付け力をかけて固定することができるセンサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、センサ並びにセンサ取付装置が監視対象物に対して着脱自在であって、センサ並びにセンサ取付装置の交換及び繰り返して使用することが可能なセンサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載のセンサ取り付け用治具は、管状体の外周面との間でセンサを収容する凹部を有すると共に前記管状体外周面にバンドで巻き回すことによって固定されるホルダと、このホルダに設けられて前記凹部内の前記センサを前記管状体外周面に向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段とを備え、この押圧手段によって前記センサの全面を前記管状体外周面に押し付けるようにしている。

したがって、このセンサ取り付け用治具によると、センサを監視対象物に固定するためにバンド並びにホルダを用いるようにしており、磁石や接着剤を用いることなくセンサを固定することができる。

また、請求項２記載のセンサの管状体への取り付け方法は、管状体の外周面との間でセンサを収容する凹部を有するホルダを前記管状体外周面にバンドで巻き回すことによって固定し、裏面にグリースを塗布したセンサを前記凹部に差し込むと共に前記グリースを介在させて前記管状体外周面上に載置し、前記ホルダに設けられて前記凹部内の前記センサを前記管状体外周面に向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段によって前記センサの全面を前記管状体外周面に押し付けるようにしている。

したがって、このセンサの管状体への取り付け方法によると、センサを監視対象物に固定するためにバンド並びにホルダを用いるようにしており、磁石や接着剤を用いることなくセンサを固定することができる。また、グリースは適度な流動性を有するので、監視対象物並びにセンサとの間の熱膨張差が吸収される。さらに、グリースが適度な流動性を有するので、センサが板状であると共に監視対象物の外周面が曲面であったとしても、監視対象物とセンサとの間の間隙がグリースによって埋められ、監視対象物とセンサとの面接触状態が保持される。

本発明のセンサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法によれば、磁石や接着剤を用いることなく管状体の外周面にセンサを固定することができるので、磁性の有無や温度変化の有無など監視対象物の材質や使用態様に関係なく適用可能である。すなわち、監視対象物が強磁性体でも非磁性体でも適用可能であり、さらに、監視対象物が高温状態であったり若しくは温度変化を繰り返したりする場合でも適用可能である。また、接着剤を用いることなく管状体の外周面にセンサを固定することができるので、監視対象物と接着剤とセンサとの間の熱膨張差によるセンサの破損を防止することが可能であると共にセンサを正常に機能させることが可能であり、さらに、センサの着脱が自在であって交換や繰り返して使用することが可能である。

また、本発明のセンサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法によれば、センサを支持するホルダの大きさは、センサの大きさに合わせられ、監視対象物の大きさに影響されない。したがって、監視対象物ごとに、監視対象物の大きさに合わせて新たに取り付け用治具全体を作製する必要がないと共に繰り返して使用することが可能である。

また、本発明のセンサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法によれば、センサの全面を管状体外周面に押し付けるようにしているので、センサを適切に監視対象物に面接触させることができ、良好な監視データを収集することが可能となる。具体的には例えば、受信面積を大きくするために面接触させることが必要である振動センサ等の取付装置としても用いることができる。

さらに、本発明のセンサの管状体への取り付け方法によれば、監視対象物とセンサとの間にグリースを介在させるようにしているので、監視対象物とセンサとの間の熱膨張差がグリースの流動性によって吸収され、監視対象物の温度の変動に伴う接着界面の剥離やセンサの破壊を防止することが可能である。さらに、センサが板状であると共に監視対象物の外周面が曲面であったとしても、監視対象物とセンサとの間の間隙がグリースによって埋められて監視対象物とセンサとの面接触状態が保持され、良好な監視データを収集することが可能となる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図７に、本発明のセンサ取り付け用治具並びにセンサの管状体への取り付け方法の実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、センサとしてＡＥ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎの略）センサを用いる場合を例に挙げている。

本実施形態のセンサ取り付け用治具は、観測対象物である管状体としての火力発電プラント等の高温蒸気配管（以下、単に配管と表記する）３０の外周面３０ａにＡＥセンサ２０を押し付けて固定するためのものであって、配管外周面３０ａにバンド１８を巻き回すことによって配管外周面３０ａに固定して使用される。なお、本実施形態における配管３０は常時５４０℃程度で稼動するものを想定している。

このセンサ取り付け用治具１は、配管３０の外周面３０ａとの間でＡＥセンサ２０を収容する凹部１１ｂを有すると共に配管外周面３０ａにバンド１８で巻き回すことによって固定されるホルダ１０と、このホルダ１０に設けられて凹部１１ｂ内のＡＥセンサ２０を配管外周面３０ａに向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段１４とを備え、この押圧手段１４によってＡＥセンサ２０の全面を配管外周面３０ａに押し付けるようにしている。そして、本実施形態におけるセンサの管状体への取り付け方法は、配管３０の外周面３０ａとの間でＡＥセンサ２０を収容する凹部１１ｂを有するホルダ１０を配管外周面３０ａにバンド１８で巻き回すことによって固定し、裏面にグリース１６を塗布したＡＥセンサ２０を凹部１１ｂに差し込むと共にグリース１６を介在させて配管外周面３０ａ上に載置し、ホルダ１０に設けられて凹部１１ｂ内のＡＥセンサ２０を配管外周面３０ａに向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段１４によってＡＥセンサ２０の全面を配管外周面３０ａに押し付けるようにしている。

バンド１８、ホルダ１０及び押圧手段１４は、配管３０の温度に対して十分な耐熱性を有する金属で構成される。

ＡＥセンサ２０の裏面に塗布するグリース１６としては、例えば高温グリースが用いられる。高温グリースはガラス系の溶剤であり、数百℃の環境下（以下、高温環境下と呼ぶ）では溶融し接触媒体として機能する。したがって、高温グリース１６は、高温環境下で、配管３０で生じる波をＡＥセンサ２０に良好に伝達することが可能である。高温グリース１６としては、具体的には、石川島検査計測株式会社製・高温用超音波接触媒質ＨＴＣＨ−０３が挙げられる。なお、本発明で用いられるグリースは、センサが設置された状態において、観測対象物とセンサとの間に介在して留まる程度の適切な流動性を有することが望ましい。

ＡＥセンサ２０は、配管３０の状態監視を行うものである。本実施形態では、図２並びに図４に示すように、金で被覆された光ファイバ２０ａをセラミック板２０ｂ上で円状に巻きながら金ペースト材により固定した光ファイバ型のＡＥセンサ２０が用いられる。ＡＥセンサ２０自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する。本実施形態のＡＥセンサ２０の光ファイバ２０ａは少なくとも６００℃までの耐熱性を有すると共にセラミック板２０ｂは１２００℃以上の耐熱性を有し、本実施形態で想定している配管３０の温度にも耐えられるものである。なお、本発明で用いられるセンサは、ＡＥセンサに限られるものではなく、円盤状を含む板状のセンサであればどのようなセンサであっても良い。具体的には例えば、超音波探傷子等が考えられる。

図１並びに図２に示すように、センサ取り付け用治具１はホルダ１０と押圧手段１４とから構成される。ホルダ１０はベース板１１と円筒体１２と蓋体１３とから構成される。ベース板１１の中央部には貫通孔１１ａが形成され、ベース板１１の下面中央部には貫通孔１１ａに連通する凹部１１ｂが形成される。これにより、ベース板１１を配管３０の外周面３０ａ上に載置すると、凹部１１ｂと配管外周面３０ａとによって隙間が形成され、この隙間にＡＥセンサ２０が差し込まれる。

ベース板１１の上面の両端部には長溝１１ｃが形成される。この長溝１１ｃには配管外周面３０ａに巻回されるバンド１８の一部が嵌め込まれる。

図４に示すように、バンド１８は、配管３０の外周よりも僅かに短い長さに形成される。そして、バンド１８の両端部にはバンド１８を配管３０に締め付けるためのスクリューロック機構１９が取り付けられる。また、バンド１８には、長手方向に沿って等間隔に複数の孔が形成される。

さらに、長溝１１ｃには、図２及び図３に示すように、バンド１８の孔の位置に対応するように長手方向に沿って等間隔に複数の螺子穴１１ｄが形成される。これにより、バンド１８は、長溝１１ｃに嵌め込まれた後、螺子１７をバンド１８の孔に通してベース板１１の螺子穴１１ｄに螺合することによってベース板１１に固定される。そして、スクリューロック機構１９を操作することによりバンド１８が締め付けられ、ベース板１１が配管３０に固定される。

ベース板１１の上面には貫通孔１１ａの縁に合わせて円筒体１２が立設されており、この円筒体１２はベース板１１に螺子止めで固定される。

蓋体１３は、円筒体１２の上面の開口１２ａを塞ぐものであり、円盤状に形成される。また、蓋体１３の中央部には貫通孔１３ａが形成される。このように構成された蓋体１３は押圧手段１４をホルダ１０の内部に収容した後、円筒体１２の上面に螺子止めで固定される。

押圧手段１４は、円柱状の軸部１４ａの先端に円盤状の押圧部１４ｂを有する押圧部材と、コイルばね１４ｃとから構成される。押圧部材は、コイルばね１４ｃが軸部１４ａに取り付けられた状態でホルダ１０内即ちベース板１１の貫通孔１１ａ内及び円筒体１２内部に、押圧部１４ｂがベース板１１の貫通孔１１ａを介して凹部１１ｂに臨むように配置される。そして、蓋体１３で円筒体１２の上面の開口１２ａを塞ぐと軸部１４ａが蓋体１３の貫通孔１３ａから突出する。これにより、押圧部１４ｂと蓋体１３との間にはコイルばね１４ｃが圧縮した状態で介在する。

上記のように構成されたセンサ取り付け用治具１を配管３０の外周面３０ａに取り付けて使用する場合、まず、図３に示すように、円筒体１２が取り付けられたベース板１１を配管外周面３０ａ上に載置する。次に、図４に示すように、バンド１８をベース板１１の長溝１１ｃに嵌め込むと共に配管３０の周方向に沿って巻き付けてスクリューロック機構１９で締め付ける。このようにしてベース板１１を配管外周面３０ａに固定した後、セラミック板２０ｂの裏面に高温グリース１６を塗布してから、矢印Ａで示すように配管外周面３０ａと凹部１１ｂとの隙間にＡＥセンサ２０を差し込む。

図５に示すようにＡＥセンサ２０を配管外周面３０ａと凹部１１ｂとの隙間に差し込んだ後、図６に示すようにＡＥセンサ２０の中央部即ち円状の光ファイバ２０ａの内側に押圧部材の押圧部１４ｂを当接させると共に軸部１４ａにコイルばね１４ｃを取り付ける。そして、図２及び図７に示すように蓋体１３の貫通孔１３ａから軸部１４ａを突出させて蓋体１３で円筒体１２の上面の開口１２ａを閉じ、円筒体１２の螺子穴１２ｂに螺子１５を嵌めて蓋体１３を円筒体１２の上面に固定する。これにより、コイルばね１４ｃが蓋体１３と押圧部１４ｂとの間に圧縮した状態で配置される。さらに、これにより、押圧部材がコイルばね１４ｃの弾性的な付勢力を利用してＡＥセンサ２０を配管外周面３０ａに向けて押圧し、ＡＥセンサ２０が配管外周面３０ａに押し付けられた状態になる。そのため、配管３０の音響が高温グリース１６を介してＡＥセンサ２０に常時良好に伝達される。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態では、管状体として火力発電プラント等の高温蒸気配管３０を例に挙げると共に、センサとしてＡＥセンサ２０を例に挙げて説明したが、本発明が適用可能な管状体とセンサとの組み合わせはこれに限られるものではなく、種々の管状体とセンサとの組み合わせに対して適用可能である。

また、本実施形態では、観測対象物とセンサとの間に介在させるグリースとして高温グリースを用いるようにしているが、本発明に用いられるグリースは適度な流動性を有していればこれに限られるものではなく、観測対象物の材質や使用態様等を考慮して適切なグリースを適宜選択することが可能である。

また、本実施形態では、バンド１８を配管３０に締め付けるためにスクリューロック機構１９を用いるようにしているが、バンド１８を締め付ける仕組みはこれに限られるものではなく、バンド１８の長さを配管３０の外周に合わせると共に両端を螺子止め等によって直接接合することによってバンド１８を締め付けるようにしても良い。

本発明のセンサ取り付け用治具によってセンサを配管に取り付けた状態の縦断面図である。本実施形態のセンサ取り付け用治具の縦断面図である。本実施形態のセンサ取り付け用治具の配管への取り付けを説明する平面図であって配管の外周面上にベース板を載置した状態の図である。本実施形態のセンサ取り付け用治具の配管への取り付けを説明する平面図であってベース板を固定すると共にセンサを差し込む状態の図である。本実施形態のセンサ取り付け用治具の配管への取り付けを説明する平面図であってセンサを差し込んだ状態の図である。本実施形態のセンサ取り付け用治具の配管への取り付けを説明する平面図であってセンサに押圧部材を当接させた状態の図である。本実施形態のセンサ取り付け用治具の配管への取り付けを説明する平面図であって蓋体を固定した状態の図である。

符号の説明

１センサ取り付け用治具
１０ホルダ
１１ベース板
１２円筒体
１３蓋体
１４押圧手段
１６高温グリース
１８バンド
２０ＡＥセンサ
３０配管
３０ａ配管外周面

Claims

管状体の外周面との間でセンサを収容する凹部を有すると共に前記管状体外周面にバンドで巻き回すことによって固定されるホルダと、このホルダに設けられて前記凹部内の前記センサを前記管状体外周面に向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段とを備え、この押圧手段によって前記センサの全面を前記管状体外周面に押し付けることを特徴とするセンサ取り付け用治具。
管状体の外周面との間でセンサを収容する凹部を有するホルダを前記管状体外周面にバンドで巻き回すことによって固定し、裏面にグリースを塗布したセンサを前記凹部に差し込むと共に前記グリースを介在させて前記管状体外周面上に載置し、前記ホルダに設けられて前記凹部内の前記センサを前記管状体外周面に向けて弾性的な付勢力を利用して押圧する押圧手段によって前記センサの全面を前記管状体外周面に押し付けることを特徴とするセンサの管状体への取り付け方法。