JP2013186069A - Ultrasonic flowmeter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、管体内の流体に超音波ビームを伝播させて、流体の流量を測定するクランプオン型の超音波流量測定装置に関するものである。 The present invention relates to a clamp-on type ultrasonic flow rate measuring apparatus for measuring a flow rate of a fluid by propagating an ultrasonic beam to a fluid in a tubular body.
超音波流量測定装置は大別し超音波ビームの伝播経路により、図13(a)に示す所謂V方式と図13(b)に示す所謂Z方式とがある。V方式では、一対の超音波送受信器a、bを管体Pの同じ側に配置して、一方の超音波送受信器a又はbから発信した超音波ビームBを管体P内で反射させて他方の超音波送受信器b又はaで受信する。またZ方式では、超音波送受信器a、bを管体Pを挟んだ対向する位置に配置して、管体Pを横切る超音波ビームBを送受信する。何れの方式においても、超音波送受信器a、bは管体Pを流れる流体Fの上流側と下流側に配置され、超音波ビームBは流体Fの流れを横切るように伝播することになる。 The ultrasonic flow rate measuring device is roughly classified into a so-called V method shown in FIG. 13A and a so-called Z method shown in FIG. 13B according to the propagation path of the ultrasonic beam. In the V system, a pair of ultrasonic transmitters / receivers a and b are arranged on the same side of the tube P, and an ultrasonic beam B transmitted from one ultrasonic transmitter / receiver a or b is reflected in the tube P. The signal is received by the other ultrasonic transmitter / receiver b or a. In the Z system, ultrasonic transmitters / receivers a and b are arranged at opposing positions with the tube P interposed therebetween, and an ultrasonic beam B crossing the tube P is transmitted / received. In any method, the ultrasonic transmitters / receivers a and b are arranged on the upstream side and the downstream side of the fluid F flowing through the tube P, and the ultrasonic beam B propagates across the flow of the fluid F.
上流側の超音波送受信器aから下流側の超音波送受信器bに至る超音波ビームBの伝播時間と、下流側の超音波送受信器bから上流側の超音波送受信器aに至る伝播時間には差が生ずる。これらの超音波ビームBの伝播時間差を基に流体Fの流速が算出され、管体Pの断面積を乗ずることにより流体Fの流量が求められる。 The propagation time of the ultrasonic beam B from the upstream ultrasonic transmitter / receiver a to the downstream ultrasonic transmitter / receiver b and the propagation time from the downstream ultrasonic transmitter / receiver b to the upstream ultrasonic transmitter / receiver a Makes a difference. The flow rate of the fluid F is calculated on the basis of the propagation time difference of these ultrasonic beams B, and the flow rate of the fluid F is obtained by multiplying the cross-sectional area of the tube P.
特許文献1〜3には、既設の管体に外部から取り付けて、管体内の流量を測定するためのクランプオン型の超音波流量測定装置が開示されている。
しかし、これらのクランプオン型の超音波流量測定装置では、複雑な機構を用いて管体の形状に合わせた一対の超音波送受信器を一体に取り付ける必要がある。そのため、測定が必要な際に、簡便に管体に超音波流量測定装置を着脱することはなかなか困難である。 However, in these clamp-on type ultrasonic flow rate measuring devices, it is necessary to integrally attach a pair of ultrasonic transmitters / receivers matched to the shape of the tubular body using a complicated mechanism. For this reason, it is difficult to easily attach and detach the ultrasonic flow rate measuring device to and from the tube body when measurement is required.
また、これらの超音波流量測定装置は複数の金属のブロック体を使用しているために、管体の径が大きくなると重量が大きくなって、取り扱いが厄介となる問題がある。 In addition, since these ultrasonic flow rate measuring devices use a plurality of metal block bodies, there is a problem that if the diameter of the pipe body is increased, the weight is increased and handling is troublesome.
本発明の目的は、上述の課題を解消し、管体に対してクランプ機構により着脱が容易で、軽量化したZ方式のクランプオン型の超音波流量測定装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a Z-type clamp-on type ultrasonic flow rate measuring device that solves the above-described problems and is easily attached to and detached from a tube body by a clamp mechanism and is light in weight.
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量測定装置は、測定すべき流体を流し弾性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着するためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結し、内面部を有する4個の板体部材を備え、前記これらの板体部材により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記4個の板体部材のうち挟着孔について対向する一対の板体部材の内面部に前記管体の長手方向の位置を違えて超音波送受信器をそれぞれ配置し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記管体内に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する位置の前記他方の超音波送受信器により超音波ビームを受信するようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ultrasonic flow rate measuring device according to the present invention is an ultrasonic flow rate measuring device which allows a fluid to be measured to flow and is detachable from a tube made of a flexible material having elasticity. In order to clamp the body, it is connected with a hinge mechanism so as to be foldable, and includes four plate members having an inner surface portion. The plate members are used to assemble a rectangular clamp hole that surrounds the tube, and clamp The structure is such that the holding hole is held by locking with a mechanism, and the position of the tube body in the longitudinal direction is changed to the inner surface portion of the pair of plate body members facing each other with respect to the clamping hole among the four plate body members. Ultrasonic transmitters / receivers are respectively disposed, and the tube is deformed and adhered to each inner surface portion of the clamping hole, and the ultrasonic beam from the one ultrasonic transmitter / receiver is placed in the tube. Send and other in the opposite position By the ultrasonic transducer, characterized in that so as to receive the ultrasonic beam.
本発明に係る超音波流量測定装置は、管体に対しクランプオン式に着脱が容易であり、既設の管体内の流体の流量を容易に測定することができる。 The ultrasonic flow rate measuring apparatus according to the present invention can be easily attached to and detached from the tube body in a clamp-on manner, and can easily measure the flow rate of the fluid in the existing tube body.
本発明を図1〜図12に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
図1は弾性を有する管体の外側に着脱自在に取り付けて使用する超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。4個の板体部材としての第1本体1、左側面板2、第2本体3、右側面板4、及び錠止板5、固定板6がヒンジ機構により折り畳み自在に連結されている。即ち、第1本体1の端部1aには左側面板2、固定板6が共通の連結軸7を介して左側面板2を内側として重ね合わせて連結され、更に左側面板2の他端部に連結軸8を介して第2本体3が順次に連結され、更に第2本体3の他端には連結軸9を介して錠止板5が連結されている。また、第1本体1の他方の端部1bには連結軸10を介して右側面板4が連結されている。
FIG. 1 is a perspective view before use of an ultrasonic flow rate measuring device that is detachably attached to the outside of an elastic tube. The first
第1本体1、第2本体3は合成樹脂材により例えば射出成型して形成され、左側面板2、右側面板4、錠止板5、固定板6は金属板をプレスにより打抜きして、面部、両側部を有するように折曲されている。そして、これらの部材は連結軸7、8、9、10を各両側部に設けた孔部に挿通することにより連結されている。第1本体1、左側面板2、第2本体3、右側面板4の内面部は平面とされ、これらの内面部には、必要に応じて管体の滑りを良好にするために例えばテフロン(登録商標)樹脂がコーティングされたり、鍍金が施されている。
The first
錠止板5の連結軸9側の両側部には爪部5aが形成され、これらの爪部5aに係合するための錠止軸11が右側面板4の端部に設けられている。また、錠止板5の自由端にはその辺部に平行にスリット溝5bが形成されている。更に、固定板6の両側部の自由端には、固定板6の面部の辺6aに平行に回転軸12が回転自在に軸支されており、回転軸12の中央部は稍々径が大きい嵌合部12aとされ、錠止時にはこの嵌合部12aの一部が、錠止板5のスリット溝5bに嵌合するようにされている。
図2、図3に示すように、第1本体1、第2本体3の内部には、超音波送受信器13a、13bがそれぞれ埋設され、これらの超音波送受信器13a、13bはリード線14a、14bを介して後述する測定回路部に接続されている。そして、超音波送受信器13aと超音波送受信器13bは第1本体1、第2本体3の長手方向に位置を違えて配置されている。また、超音波送受信器13a、13bは合成樹脂材から成るビーム伝達体15a、15bを介して第1本体1、第2本体3の各内面部に面している。
As shown in FIGS. 2 and 3, ultrasonic transmitters /
図4は左側面板2、右側面板4を立ち上げた状態の斜視図である。左側面板2は固定板6と共に連結軸7を介して第1本体1の端部1aに対して回動可能とされているが、左側面板2の面部の辺2aが第1本体1の内面部に当接することにより、左側面板2は第1本体1に対して略90度よりも内側に回動しないようにされている。また、左側面板2よりも立ち上げた場合の高さが高い右側面板4も同様に連結軸10を介して第1本体1の端部1bに対して回動可能とされ、右側面板4の面部の辺4aが第1本体1の内面部に当接することにより、右側面板4は第1本体1に対して略90度よりも内側に回動しないようにされている。
FIG. 4 is a perspective view of the
更に、第2本体3は連結軸8を介して左側面板2に対して回動可能とされているが、左側面板2の面部の辺2bに第2本体3の辺部が当接することにより、第2本体3は左側面板2に対して略90度よりも内側に回動しないようにされている。
Further, the second
図5に示すように、左側面板2、右側面板4が立ち上がり、更に第2本体3が略90度内側に回動した状態において、錠止板5の爪部5aを右側面板4の端部に設けられた錠止軸11に係合し、錠止板5を連結軸9を中心に矢印のように折り返す。これにより、爪部5aは錠止軸11に噛み込み、爪部5aが錠止軸11を引き寄せるクランク機構によって、第2本体3の面部の先端面は右側面板4の面部上端に当接し、第2本体3と右側面板4は略90度の関係に保たれる。
As shown in FIG. 5, when the
このように、第1本体1、左側面板2、第2本体3、右側面板4を折り畳むことにより、これらの部材による管体に対する四角形、例えば正方形の挟着孔16が形成されることになる。この挟着孔16の形態を維持するために、図6に示すように固定板6を左側面板2の背面に重ねるように回動して立ち上げ、その端部に設けた回転軸12を回転させながら、回転軸12の嵌合部12aの表面部を錠止板5のスリット溝5bに嵌合させる。
In this manner, by folding the first
本実施例の超音波流量測定装置を使用するに際しては、必要に応じて、例えば第1本体1の裏側に設けた図示しない複数のビス穴にボルトをねじ込むことにより固定すべきフレームに取り付ける。次いで、図7に示すように第1本体1上に、流体を流すための例えばテフロン(登録商標)等の合成樹脂製で、弾性を有する柔軟な材料から成る管体Pを載置し、左側面板2、第2本体3、右側面板4を折り畳んで管体Pの周囲を取り囲む。次いで、錠止板5の爪部5aを錠止軸11に当てがい、連結軸9を中心に錠止板5を回動して錠止軸11を引き寄せクランプ機構による錠止がなされる。
When using the ultrasonic flow rate measuring apparatus of the present embodiment, it is attached to a frame to be fixed by screwing bolts into a plurality of screw holes (not shown) provided on the back side of the first
この錠止板5による締め付けに際しては、管体Pの弾性に抗して管体Pを変形させることになるので、錠止板5の回動には若干の抵抗が生ずるが、爪部5aによる係止が確実になされる。
When the locking
錠止軸11による錠止に続いて、図8に示すように固定板6を立ち上げ回転軸12の嵌合部12aをスリット溝5bに嵌合させることにより、錠止板5が固定される。この嵌合は回転軸12が回転自在とされているため、嵌合部12aを錠止板5上を回転させながら移動できるので、比較的容易に嵌合させることができる。
Following locking by the locking
このようにして、対向する第1本体1、第2本体3と、対向する2個の面板つまり左側面板2、右側面板4とによる例えば断面正方形の挟着孔16内に管体Pを挟着する。弾性を有する管体Pは、挟着孔16の内面部により周囲から押圧されて変形し、管体Pは部分的にこの内面部に密着し、挟着孔16の形状に従って略正方形状となる。このとき、第1本体1、第2本体3にそれぞれ設けた一対の超音波送受信器13a、13bは、管体Pの長手方向に沿って位置を違えて配列されることになる。
In this way, the tubular body P is sandwiched in the
第1本体1、左側面板2、第2本体3、右側面板4の内面部は合成樹脂や鍍金により滑り易いように処理しておけば、この挟着に際して管体Pと挟着孔16との摩擦が低減され、管体Pを内面部に沿って速やかに密着させることができ、測定に適した安定な形態に移行することができる。なお、グリス等を内面部に塗布することも効果的であり、管体Pの変形を容易とすることができる。
If the inner surfaces of the first
断面円形の管体Pを四角形に変形させる理由は、第1本体1、第2本体3に設けた超音波送受信器13a、13b、ビーム伝達体15a、15bの内面部に管体Pの一部をそれぞれ密着させ、超音波ビームの送受信を効率良くかつ確実に行うためである。しかし、左側面板2、右側面板4においても、管体Pを密着させることが必要である。つまり、管体Pの形状を規制して管体Pの断面積を所定の大きさにしておかなければ、流速と管体Pの断面積を乗じて演算する流量値が正確に得られないからである。
The reason why the tubular body P having a circular cross section is deformed into a quadrangular shape is that a part of the tubular body P is formed on the inner surfaces of the ultrasonic transmitters /
第1本体1、左側面板2、第2本体3、右側面板4による挟着孔16の内周は、管体Pの外周よりも大きくされ、管体Pは挟着孔16の隅部においては円弧状となる。この関係が逆で、挟着孔16の内周が管体Pの外周よりも小さいと、管体Pを挟着して押圧した際に、管体Pに皺が寄ったり、管体Pが内側に凹んで内面部との間に隙間が生ずることになる。しかし、挟着孔16の内周が管体Pの外周よりもあまりにも大き過ぎると、管体Pを押圧して挟着孔16の内面部に密着させることができなくなる。
The inner periphery of the
図9は流量測定時の説明図であり、超音波送受信器13a、13bはリード線14a、14bを介して、演算制御手段21に接続され、更に演算制御手段21の出力は表示手段22に接続されている。
FIG. 9 is an explanatory diagram during flow rate measurement. The ultrasonic transmitters /
流量測定に際しては、管体Pに測定すべき流体Fを流し、演算制御手段21の信号により一方の超音波送受信器13a、13bから、ビーム伝達体15a、15bを介して管体P内の測定すべき流体F中に斜め方向に超音波ビームBを送信する。この超音波ビームBは流体F中を伝播して管体Pの反対面において、Z方式として他方の超音波送受信器13b、13aにおいて受信される。
When the flow rate is measured, the fluid F to be measured is caused to flow through the tube P, and the measurement in the tube P is performed from one of the ultrasonic transmitters /
このようにして、超音波送受信器13a、13bにより超音波ビームBの送信、受信を交互に繰り返す。超音波ビームBが流体Fの上流側から下流側に到達する往きの伝播時間と、下流側から上流側に到達する戻りの伝播時間との伝播時間差を演算制御手段21により平均的に求める。この伝播時間差を基に、演算制御手段21において公知の方法により流体Fの流速が算出される。
In this manner, transmission and reception of the ultrasonic beam B are alternately repeated by the
演算制御手段21は流体Fの流速を算出し、この流速を管体Pの内部断面積に乗じて流量値を求める。なお、管体Pは挟着孔16により円形から四角形に変形させているために、その内部断面積の大きさは不明であることが多く、予めこの状態において、管体Pに所定の流量を流して校正すれば内部断面積を推定できるので、この校正値を用いて流量を求めればよい。そして、得られた流量値は表示手段22に表示される。 The arithmetic control means 21 calculates the flow rate of the fluid F and multiplies this flow rate by the internal cross-sectional area of the tube P to determine the flow rate value. Since the tubular body P is deformed from a circular shape to a rectangular shape by the sandwiching holes 16, the size of the internal cross-sectional area is often unknown. In this state, a predetermined flow rate is applied to the tubular body P in advance. If the flow rate is calibrated, the internal cross-sectional area can be estimated, and the flow rate may be obtained using this calibration value. The obtained flow rate value is displayed on the display means 22.
なお、実際には流体Fを流し始めると、流体Fの圧力により管体Pは更に挟着孔16の内面部に接するように変形し、断面積が拡がる傾向にあるので、正確な流量は流体Fを流し始めてから、若干の時間が経過した後に得られる。
Actually, when the fluid F starts to flow, the pipe P is further deformed so as to be in contact with the inner surface of the
測定が終了し、この超音波流量測定装置を管体Pから取り外す際には、図8の状態において、固定板6を錠止板5から外し、更に錠止板5を引き起こして錠止軸11から爪部5aを外すことによりクランプ機構を解除する。これにより図7に示すように、第1本体1、左側面板2、第2本体3、右側面板4同士の折り畳みが開離される。
When the measurement is finished and the ultrasonic flow rate measuring device is removed from the tube P, the fixing
図10はZ方式の変形例を示し、超音波送受信器13a、13bの入出射角を変えて、超音波ビームBの管体Pでの2度の反射を経て、相手側の超音波送受信器13a、13bに到達させている。
FIG. 10 shows a modified example of the Z system, where the incident / exit angles of the ultrasonic transmitters /
この変形例では、超音波ビームBの伝播経路長を大きくすることができるので、測定感度を高めることができる。この場合の超音波ビームBの反射は、管体Pを平坦に変形させた部分において得られるので、従来の円形のままの管体よりも反射効率の良い反射波が得られる。 In this modification, since the propagation path length of the ultrasonic beam B can be increased, the measurement sensitivity can be increased. In this case, since the reflection of the ultrasonic beam B is obtained in a portion where the tube P is deformed flat, a reflected wave having a higher reflection efficiency than that of a conventional circular tube can be obtained.
図11は実施例2の使用前の斜視図、図12は組立状態の側面図であり、実施例1と同一の符号は同一の部材を示している。 11 is a perspective view of the second embodiment before use, FIG. 12 is a side view of the assembled state, and the same reference numerals as those of the first embodiment denote the same members.
実施例2において、図1に示す左側面板2の位置に超音波送受信器13a、ビーム伝達体15aが設けられた合成樹脂材から成る第1本体31が配置され、右側面板4の位置に超音波送受信器13b、ビーム伝達体15bが設けられた同様の第2本体32が配置されている。また、図1に示す第1本体1の位置に金属製の下面板33が配置され、第2本体3の位置に同様の上面板34が配置され、第1本体31、第2本体32からはそれぞれリード線14a、14bが引き出されている。
In the second embodiment, the first
これらの連結機構は実施例1の場合とほぼ同様とされているが、第1本体31、第2本体32は合成樹脂製であるので、それぞれ金属板により形成された保持部材35、36によって保持され、連結軸等の取り付けは保持部材35、36に設けた両側部によりなされている。そして、第1本体31、第2本体32、下面板33、上面板34により、実施例1と同様に四角形の挟着孔16が形成される。
These coupling mechanisms are substantially the same as those in the first embodiment, but the first
この実施例2においても、流量測定については実施例1と原理的に同じであり、その作用効果も殆ど同様である。 Also in the second embodiment, the flow rate measurement is the same as that of the first embodiment in principle, and the operation and effects thereof are almost the same.
なお、上述の実施例1、2においては、クランプ機構の保持のために固定板6を用いたが、固定板6を用いることなく、例えば爪部5aの位置、形状の工夫、管体Pの弾性を利用することにより、錠止板5による締め付けと同時に、錠止板5自体が固定されるクランプ機構としてもよい。或いは、固定板6に代えた他のクランプ固定機構を適用できる。
In the first and second embodiments, the fixing
また、非使用時には全ての部材を予め連結しておくのではなく、使用に際してヒンジ機構により適宜に連結して組立てるような構成とすることも可能である。更に、全ての部材をヒンジ機構により連結するのではなく、一部の部材同士を予め直角方向に固定しておくことも考えられる。 In addition, when not in use, it is possible to adopt a configuration in which all members are not connected in advance but are appropriately connected and assembled by a hinge mechanism in use. Furthermore, instead of connecting all the members by a hinge mechanism, it may be possible to fix some members in a perpendicular direction in advance.
更に、第1本体1、31、第2本体3、32は金属製であってもよく、また左側面板2、右側面板4、下面板33、上面板34は実施例1、2では金属製としているが、合成樹脂製又は要部に金属を用いた合成樹脂製とすることもできる。
Further, the first
なお、実施例1、2においては内面板を有する部材を、左側面板2、右側面板4、下面板33、上面板34として説明したが、左右、上下は説明の都合上のことであり、左右が反対、上下が反対、又は左右を上下、上下を左右としてもよいことは勿論である。
In the first and second embodiments, the members having the inner surface plate have been described as the
1、31 第1本体
2 左側面板
3、32 第2本体
4 右側面板
5 錠止板
6 固定板
13a、13b 超音波送受信器
14a、14b リード線
15a、15b ビーム伝達体
16 挟着孔
21 演算制御手段
22 表示手段
33 下面板
34 上面板
35、36 保持部材
B 超音波ビーム
P 管体
F 流体
DESCRIPTION OF
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量測定装置は、測定すべき流体を流し弾性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着するためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結し、内面部を有する4個の板体部材を備え、これらの板体部材により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記4個の板体部材のうち挟着孔について対向する一対の板体部材の内面部に前記管体の長手方向の位置を違えて超音波送受信器をそれぞれ配置し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記管体内に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する位置の前記他方の超音波送受信器により超音波ビームを受信するようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ultrasonic flow rate measuring device according to the present invention is an ultrasonic flow rate measuring device which allows a fluid to be measured to flow and is detachable from a tube made of a flexible material having elasticity. In order to clamp the body, it is connected with a hinge mechanism so as to be foldable, and includes four plate members having an inner surface portion. These plate members are used to assemble a rectangular clamp hole surrounding the tube body, and to provide a clamp mechanism. It is structured so as to be locked and hold the clamping hole, and the inner surface of the pair of plate members facing each other with respect to the clamping hole among the four plate members has a different position in the longitudinal direction of the tube body. Each ultrasonic transmitter / receiver is disposed, and the tube is deformed and adhered to each inner surface portion of the clamping hole, and the ultrasonic beam from the one ultrasonic transmitter / receiver is transmitted into the tube. And the other of the opposite positions The sonic transceiver characterized by being adapted to receive the ultrasonic beam.
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