JP2014145767A

JP2014145767A - 超音波変換器

Info

Publication number: JP2014145767A
Application number: JP2014012723A
Authority: JP
Inventors: Klooster Jeroen Martin Van; マルティンファンクロースターイェルーン; Arie Huijzer; ハイザーアリー
Original assignee: Krohne AG
Current assignee: Krohne AG
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: CN103968902B; DE102014000124A1; US9134157B2; EP2759809B1; JP5797791B2; US20140208866A1; CN103968902A; RU2014102467A; RU2566536C2; EP2759809A1

Abstract

【課題】対応フランジの緊締ボルトを締め付ける際に湾曲が生じることや、対応フランジの湾曲が、変換器ケーシングのケーシングフランジの湾曲につながるという問題が最早発生しなくなるようにする。
【解決手段】変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）は、対応フランジ（８）に面した側に、前記ケーシングフランジ（５）が傾動することなしに、前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）に対して前記対応フランジ（８）を緊締することを可能にする外側輪郭（１２）を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波流量計の重要な部分としての超音波変換器であって、変換器ケーシングと、変換器エレメントとを備え、変換器ケーシングは超音波ウインドウと、ケーシング管と、ケーシングフランジとを有しており、変換器エレメントは、流量を測定すべき媒体に面した側の、ケーシング管の端部に、又は流量を測定すべき媒体とは反対の側の、ケーシング管の端部に設けられており、当該超音波変換器は、ケーシングフランジを介して変換器保持体に取り付けられており、このために変換器ケーシングのケーシングフランジは、変換器保持体の保持体フランジと、対応フランジとの間に、緊締ボルトと対応ナットとによって締め込まれているものに関する。

工業において測定技術、制御技術、調整技術及び自動化技術は特に重要である。これは特に、制御技術、調整技術及び自動化技術の基礎である測定技術について云える。測定技術の１つの重要な分野に、流量測定技術がある（Prof. Dr. sc. nat. Otto Fiedler "Stroemungs- und Durchflussmesstechnik" R. Oldenbourg Verlag Muenchen 101992の包括的な叙述を参照のこと）。流量測定技術にとって特に重要なのは（前掲の"Stroemungs- und Durchflussmesstechnik"参照）、機械的な作用原理に従った流量測定であり、特に浮遊式流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計、磁気誘導式流量計並びに超音波流量計である。

超音波流量計では、測定管内を搬送される媒体中では、音波信号の伝搬速度に媒体の搬送速度が重畳されている、という作用が利用される。つまり、媒体が音波信号の方向に搬送される場合、測定管に対する音波信号の測定された伝搬速度は、静止媒体中の伝搬速度よりも大きく、媒体が音波信号の方向とは逆方向に搬送される場合、測定管に対する音波信号の速度は、静止媒体中の伝搬速度よりも小さい。送波器と受波器（送受波器が超音波変換器である）との間の音波信号の進行時間は、前記連行作用に基づいて、測定管延いては超音波変換器、つまり送受波器に対する媒体の搬送速度に関連している。

更に、本発明の起点となる従来技術において、超音波変換器は、そのケーシングフランジを介して変換器保持体に取り付けられる。このためにケーシングフランジは、変換器保持体の保持体フランジと、対応フランジとの間に、緊締ボルトと対応ナットとによって締め込まれる。

特に流量を測定すべき媒体が、とりわけ高圧下で高い温度を有している場合、変換器保持体における超音波変換器の取付けは、高い要求を満たす必要がある。つまり取付けを、特に圧力密にも行わねばならない。この場合、図１に示したように、対応フランジの緊締ボルトを締め付ける際に湾曲が生じることや、やはり図１に示したように、対応フランジの湾曲が、変換器ケーシングのケーシングフランジの湾曲につながることは避けられない。このことは、変換器ケーシングのケーシングフランジの特別な負荷や、変換器ケーシングのケーシングフランジと、変換器保持体の保持体フランジとの間に設けられたシールリングの特別な負荷にもむすびついている。

ドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書

Prof. Dr. sc. nat. Otto Fiedler "Stroemungs- und Durchflussmesstechnik" R. Oldenbourg Verlag Muenchen 101992

本発明の課題は、本発明が起点とする超音波変換器を改良して、上述した問題が最早発生しなくなるようにすることである。

この課題を解決する本発明による超音波変換器は、変換器ケーシングのケーシングフランジの、対応フランジに面した側に、ケーシングフランジが傾動することなしに対応フランジの緊締を可能にする外側輪郭を有している。

つまり本発明では、変換器ケーシングのケーシングフランジに対して対応フランジを締め付ける際に発生する対応フランジの湾曲を、変換器ケーシングのケーシングフランジが、湾曲する対応フランジに「屈する」ことなく、行えるようにした。つまり換言すると、変換器ケーシングのケーシングフランジに対して対応フランジを締め付ける際に発生する対応フランジの湾曲が、変換器ケーシングのケーシングフランジの材料が存在していない領域内で行われるようにした。

上で述べたことは、詳細にはケーシングフランジが、対応フランジに面した側に、段付けされた又は傾斜した外側輪郭を有していることにより、実現されていてよい。

本発明による超音波変換器の特に有利な構成では、変換器ケーシングのケーシングフランジが、対応フランジに面した側に、丸み付けされた外側輪郭を有している。好適には、対応フランジに面した側におけるケーシングフランジの外側輪郭は、ケーシングフランジの丸み付けされた外側輪郭に沿った対応フランジの傾動を可能にする曲率半径を備えた外側輪郭を有している。

詳細には、本発明による超音波変換器を構成及び改良する種々様々な手段がある。これについては請求項１の従属請求項並びに以下に図面につき説明する図示の実施形態を参照されたい。

従来技術による超音波変換器を示した図である。本発明による超音波変換器の第１実施形態を示した図である。本発明による超音波変換器の第２実施形態を示した図である。本発明による超音波変換器の好適な第３実施形態を示した図である。図４に示した本発明による超音波変換器の実施形態を、締め付けられた、つまり緊締状態の緊締ボルトと共に示した図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１には上述したように、従来技術による超音波変換器が示されているのに対して、図２〜図５には、本発明による超音波変換器が示されている。

図示の全ての超音波変換器について、これらの超音波変換器はそれぞれ、超音波流量計（詳細には図示せず）の重要な部分を成すものであり、変換器ケーシング１と変換器エレメント２とを有している。変換器ケーシング１は、超音波ウインドウ３と、ケーシング管４と、ケーシングフランジ５とを有している。

図示の全ての超音波変換器において、変換器エレメント２はそれぞれ、流量を測定すべき媒体に面した側の、ケーシング管４の端部に設けられている。これに対して、変換器エレメント２は、流量を測定すべき媒体とは反対の側の、ケーシング管４の端部に設けられていることがある。このような、流量を測定すべき媒体とは反対の側の、ケーシング管の端部に変換器エレメントが設けられている超音波変換器の構成は、例えばドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書に記載及び図示されている。このような構成をいつ、なぜ選択するのかについては、先に公開された上記刊行物を参照されたい。

全ての図面が示すように、超音波変換器はケーシングフランジ５を介して、変換器保持体６に取り付けられている。このために変換器ケーシング１のケーシングフランジ５は、変換器保持体６の保持体フランジ７と、対応フランジ８との間に、緊締ボルト９と対応ナット１０とによって締め込まれている。

図１からは、本発明の根底を成す問題が看取され得る。緊締ボルト９と対応ナット１０とにより、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５に対して対応フランジ８を締め付けることによって、対応フランジ８に湾曲が生ぜしめられている。

対応フランジ８のこの湾曲は、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５の湾曲にも直接にむすびつく。その結果、図１で示唆したように、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５に高い応力が生じることになるばかりか、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５と、変換器保持体６の保持体フランジ７との間に設けられたシールリング１１にも高い応力が生じることになる。

そこで本発明では、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５の、対応フランジ８に面した側が、ケーシングフランジ５が傾動することなしに対応フランジ８の締め付けを可能にする外側輪郭１２を有しているようにした。

図２に示した実施形態では、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５の、対応フランジ８に面した側は、段付けされた外側輪郭１２を有している。図３に示した実施形態では、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５の、対応フランジ８に面した側は、傾斜した外側輪郭１２を有している。

本発明による超音波変換器の特に好適な実施形態は、図４及び図５に示されている。この実施形態では、ケーシングフランジ５の、対応フランジ８に面した側は、丸み付けされた外側輪郭１２を有している。この場合、ケーシングフランジ５の、対応フランジ８に面した側に設けられた、丸み付けされた外側輪郭１２は、このケーシングフランジ５の外側輪郭１２に沿った、対応フランジ８の傾動を可能にする曲率半径を有している。

図４及び図５に示した、本発明による超音波変換器の実施形態と、図１に示した従来技術による超音波変換器とを比べると明白であるが、本発明により、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５の特別な負荷の回避が達成されており、また、変換器ケーシング１のケーシングフランジ５と、変換器保持体６の保持体フランジ７との間に設けられたシールリング１１の過大な応力の回避も達成されている。

１変換器ケーシング、２変換器エレメント、３超音波ウインドウ、４ケーシング管、５ケーシングフランジ、６変換器保持体、７保持体フランジ、８対応フランジ、９緊締ボルト、１０対応ナット、１１シールリング

Claims

超音波流量計の重要な部分としての超音波変換器であって、変換器ケーシング（１）と、変換器エレメント（２）とを備え、前記変換器ケーシング（１）は、超音波ウインドウ（３）と、ケーシング管（４）と、ケーシングフランジ（５）とを有しており、前記変換器エレメント（２）は、流量を測定すべき媒体に面した側の、ケーシング管（４）の端部に、又は流量を測定すべき媒体とは反対の側の、ケーシング管（４）の端部に設けられており、当該超音波変換器は、前記ケーシングフランジ（５）を介して変換器保持体（６）に取り付けられており、このために前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）は、前記変換器保持体（６）の保持体フランジ（７）と、対応フランジ（８）との間に、緊締ボルト（９）と対応ナット（１０）とによって締め込まれているものにおいて、
前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）は、前記対応フランジ（８）に面した側に、前記ケーシングフランジ（５）が傾動することなしに、前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）に対して前記対応フランジ（８）を緊締することを可能にする外側輪郭（１２）を有していることを特徴とする、超音波変換器。
前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）は、前記対応フランジ（８）に面した側に、段付けされた外側輪郭（１２）を有している、請求項１記載の超音波変換器。
前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）は、前記対応フランジ（８）に面した側に、傾斜した外側輪郭（１２）を有している、請求項１記載の超音波変換器。
前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）は、前記対応フランジ（８）に面した側に、丸み付けされた外側輪郭（１２）を有している、請求項１記載の超音波変換器。
前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）の外側輪郭（１２）は、前記変換器ケーシング（１）のケーシングフランジ（５）の外側輪郭（１２）に沿った前記対応フランジ（８）の傾動を可能にする曲率半径を有している、請求項４記載の超音波変換器。