JP2018173339A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種の産業分野で使用され、配管中の液体流量を測定する超音波式流量計に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that is used in various industrial fields and measures a liquid flow rate in a pipe.
超音波式流量計では、例えばクランク型の管路部の両端に、超音波ビームの発信、受信を行う圧電素子が装着され、これらの圧電素子により流体が流れる管路部の一端から他端に、他端から一端に超音波ビームが伝播する時間をそれぞれ計測し、伝播時間の差から管路部を流れる流体の流速を測定する。 In an ultrasonic flow meter, for example, piezoelectric elements that transmit and receive an ultrasonic beam are attached to both ends of a crank-type pipe section, and from one end to the other end of the pipe section through which fluid flows by these piezoelectric elements. The time during which the ultrasonic beam propagates from the other end to the other end is measured, and the flow velocity of the fluid flowing through the pipeline is measured from the difference in propagation time.
上述のクランク型の管路部は、一般に合成樹脂製であり、直管部、入口管路、出口管路、直管部の両側の圧電素子の取付部を必要とする。この管路部は構造が複雑なので1回の射出成型による成型は不可能であり、幾つかの部品に分けて成型し、これらを組合わせて接合することにより製造している。 The above-described crank-type pipe section is generally made of synthetic resin and requires a straight pipe section, an inlet pipe section, an outlet pipe section, and piezoelectric element attachment sections on both sides of the straight pipe section. Since this pipe section has a complicated structure, it cannot be molded by one injection molding, and is manufactured by dividing into several parts and combining them together.
特許文献1には、このような超音波式流量計が開示されている。図5に示すように、測定すべき流体は、入口管路1、直管部2、出口管路3をクランク型に通過し、直管部2において超音波ビームの伝播速度を基に測定される。直管部2の両側には圧電素子4a、4bが取り付けられ、圧電素子4a、4bにより超音波ビームを発信、受信する。圧電素子4a、4bは入口管路1、出口管路3と一体に形成された筒部5a、5b内に収納されて、直管部2の両側部の内壁6a、6bに貼り付けられ、圧電素子4a、4bにはリード線7a、7bが接続されている。そして、圧電素子4a、4bを保護するために、筒部5a、5bの外側から袋ナット状のカバー8a、8bが螺合されている。
Patent Document 1 discloses such an ultrasonic flow meter. As shown in FIG. 5, the fluid to be measured passes through the inlet pipe 1, the straight pipe part 2, and the outlet pipe 3 in a crank shape, and is measured based on the propagation speed of the ultrasonic beam in the straight pipe part 2. The
また、被測定流体が腐食性流体の場合には、流体が通過する入口管路1、直管部2、出口管路3の材料には耐腐食性樹脂を必要とし、例えばフッ素樹脂PTFE、PFAを用いる必要がある。筒部5a、5bは入口管路1、出口管路3と一体成型されているので、耐腐食性樹脂を使用せざるを得ない。なお、同様に筒部5a、5bに取り付けるカバー8a、8bについても、ねじ込み構造であるために、膨張率等を考慮して、筒部5a、5bと同じ材料を使用することが好ましい。
When the fluid to be measured is a corrosive fluid, the material of the inlet pipe 1, the straight pipe portion 2, and the outlet pipe 3 through which the fluid passes requires a corrosion-resistant resin. For example, fluororesin PTFE, PFA Must be used. Since the
上述の従来例においては、構造的にカバー8a、8bは圧電素子4a、4bを収納する筒部5a、5bを取り囲むようにねじ込みによって取り付けているため、カバー8の容積が大きくなる。更に、リード線7a、7bは直管部2の延長線方向に引き出しており、超音波式流量計の設置個所が制限されてしまうという問題がある。
In the above-described conventional example, the
また、半導体製造設備に使用する超音波式流量計では腐食性流体を扱うため、管路部には耐腐食性樹脂を用いる必要があるが、耐腐食性樹脂は例えばポリエチレン、ポリピロピレン等の一般的な合成樹脂に比べて高価であり、液体が接触しない筒部5a、5bやカバー8にまで耐腐食性樹脂を用いると、製造コストが割高となる。
In addition, since ultrasonic flowmeters used in semiconductor manufacturing facilities handle corrosive fluids, it is necessary to use a corrosion-resistant resin in the pipeline, but the corrosion-resistant resin is commonly used, for example, polyethylene, polypropylene, etc. If the corrosion-resistant resin is used for the
更に、従来の超音波式流量計では、筒部5a、5b内に圧電素子4a、4bを組み込んでから、リード線7a、7bを半田付けするなどの組立作業が複雑となる問題もある。
Further, the conventional ultrasonic flowmeter has a problem that the assembly work such as soldering of the
本発明の目的は、上述の課題を解消し、管路部と別個に超音波送受信ユニットを組み立てるので、管路部に対する装着が容易で、圧電素子回りがコンパクトな構造となり、安価な超音波式流量計を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to assemble an ultrasonic transmission / reception unit separately from the pipe section, so that it is easy to mount on the pipe section, has a compact structure around the piezoelectric element, and is an inexpensive ultrasonic type. To provide a flow meter.
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式流量計は、カバー部と、該カバー部内に配置し超音波ビームを送受信する圧電素子と、該圧電素子と接続され、前記カバー部から外方に引き出されたケーブル部とを備えた超音波送受信ユニットを、クランク型に流体を流す管路部の直管路の両側にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記圧電素子の送受信面から前記管路部内に超音波ビームを送受信して超音波ビームの伝播速度を基に流体流量を測定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ultrasonic flowmeter according to the present invention includes a cover portion, a piezoelectric element that is disposed in the cover portion and transmits and receives an ultrasonic beam, and is connected to the piezoelectric element. An ultrasonic transmission / reception unit having a cable portion drawn out in the direction is detachably attached to both sides of a straight pipe line of a pipe line that allows fluid to flow into the crank type, and the pipe line extends from the transmission / reception surface of the piezoelectric element. An ultrasonic beam is transmitted and received in the unit, and a fluid flow rate is measured based on a propagation speed of the ultrasonic beam.
本発明に係る超音波式流量計によれば、管路部に別体の超音波送受信ユニットを容易に装着でき、コンパクトとなり、更には高価な耐腐食性樹脂の使用量が少なくなる。 According to the ultrasonic type flow meter of the present invention, a separate ultrasonic transmission / reception unit can be easily attached to the pipe line part, and it becomes compact, and further, the amount of expensive corrosion-resistant resin used is reduced.
本発明を図1〜図4に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は分解斜視図、図2は組み立てた状態の超音波式流量計の斜視図、図3は断面図である。
The present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
1 is an exploded perspective view, FIG. 2 is a perspective view of an ultrasonic flow meter in an assembled state, and FIG. 3 is a cross-sectional view.
本実施例の超音波式流量計は、主として流体が流れる管路部10と、この管路部10の両側に取り付ける一対の超音波送受信ユニット20とから構成されている。
The ultrasonic flow meter of the present embodiment is composed of a
管路部10は、直管路11と、この直管路11の一方の端部にL字状に熱溶着等により結合し、直管路11に直角方向から流体を流入する入口管路12と、直管路11の他方の端部にL字状に結合し、直管路11から直角方向に向けて流体を排出する出口管路13とから構成され、入口管路12、出口管路13は直管路11に対して所謂クランク型に配置されている。
The
管路部10は例えばフッ素樹脂PTFE、PFA等の耐腐食性樹脂から成り、射出成型等により個々に製作された直管路11、入口管路12、出口管路13が熱溶着等により組み合わされている。なお、管路部10に透明体を採用することで、流体の流れを目視で確認することが可能となる。
The
入口管路12、出口管路13は例えば内径4mmとされ、直管路11も内径4mmとされている。なお、直管路11の両端の内径は、入口管路12、出口管路13の本体部12a、13aに向うにつれてテーパ状に拡径され、流路抵抗が生じないようにされている。
The
入口管路12と出口管路13は同形の部材が使用されており、内容積が大きい本体部12a、13aと、これらの本体部12a、13aに対し上流側及び下流側に連結した管体部12b、13bとから構成されている。また、管体部12b、13bの先端にそれぞれ流体管路を連結して使用する。
The
本体部12a、13aの直管路11と反対側に対向して、圧電素子に外側から当接する壁面12c、13cが形成されており、これらの壁面12c、13cの外側に、圧電素子を内在する超音波送受信ユニット20がそれぞれ着脱自在に装着されている。本体部12a、13aの外周部には、直管路11の軸方向に沿ってそれぞれ一対のねじ挿通孔12d、13dと、超音波送受信ユニット20のガイド片が当接するそれぞれ一対のガイド受部12e、13eが設けられている。
2つの超音波送受信ユニット20は同形とされ、合成樹脂製のカバー部21と、このカバー部21内に固定する圧電素子部22と、この圧電素子部22に接続され、カバー部21の一部から外方の流量演算測定部に引き出されるケーブル部23とから構成されている。
The two ultrasonic transmission /
カバー部21は一般に使用される安価で硬質の合成樹脂材により成型されている。カバー部21には、圧電素子部22を嵌合する収納孔部21aと、入口管路12、出口管路13のねじ挿通孔12d、12dを挿通された2本のねじ31、32の先端がそれぞれねじ込まれる一対のねじ孔21bが設けられている。
The
また、カバー部21の入口管路12及び出口管路13への装着時に、ガイド受部12e、13eに対するガイド機能を有する一対のガイド片21cがカバー部21の外側部に、本体部12a、13aに向けて設けられている。カバー部21の外端部には収納孔部21a内に通ずる小孔21dが穿孔されている。
In addition, when the
カバー部21内には圧電素子部22が収容されている。この圧電素子部22は、超音波ビームの発信、受信を行う圧電素子22aと、この圧電素子22aを嵌合して保持し、収納孔部21aに対して回転不能な保持部22bと、圧電素子22aに接続し保持部22bに設けた孔部から引き出したリード線22cと、保持部22bの中央に設けたねじ孔に螺合し、圧電素子22aを押さえ付けて調整する合成樹脂材の調整ねじ22dとから構成されている。
A
圧電素子22aは薄型円板状をしており、その表面に同形の音響整合板22eが貼り付けられており、音響整合板22eが外側に露出するように圧電素子22aは保持部22bにより保持されている。なお、本体部12a、13aとカバー部21との間にはOリング22fが介在され、これらの間からの水の浸入を防止する防水機能を有している。
The
カバー部21の後方側には、収納孔部21aに対し直角方向に延在する筒状のケーブル引出部21eが設けられており、リード線22cは収納孔部21a内でケーブル部23に半田接続され、ケーブル部23はこのケーブル引出部21eを介して外部に引き出されて流量演算測定部に接続可能とされている。その際に、ケーブル部23には防水ブッシュ23aが挿通されており、ケーブル引出部21eから水が浸入しないようにされている。なお、実施例ではケーブル引出部21eを上方に向けているが、下方に向けて引き出してもよい。
On the rear side of the
なお、直管路11には支持具33が取り付け可能とされ、超音波式流量計の荷重を支持するようになっている。
A
組立に際しては、管路部10と超音波送受信ユニット20は別個に組み立てられる。超音波送受信ユニット20においては、収納孔部21a内に引き込んだケーブル部23をリード線22cと接続してから、圧電素子部22をカバー部21の開放側から収納孔部21a内に挿入する。次いで、カバー部21の前方に引っ掛かる構造とされている圧電素子部22を圧電素子22a、音響整合板22eの送受信面が壁面12c、13cと平行になるように配置する。
When assembling, the
このように組み立てた超音波送受信ユニット20を、管路部10の両側に図4に示すように配置し、音響整合板22eと壁面12c、13cとの間に超音波が伝達し易いようにグリスを塗布し、カバー部21の収納孔部21aの周辺に防水用のOリング22fを介在する。更に、ガイド片21cを入口管路12、出口管路13のガイド受部12e、13eに摺動させてカバー部21を本体部12a、13aに押し込んだ状態にする。そして、ねじ挿通孔12d、13dにねじ31、32をそれぞれ挿通し、更にねじ孔21bにねじ31、32をねじ込み固定することで、管路部10の両側に超音波送受信ユニット20が連結して一体化される。
The ultrasonic transmission /
次いで、圧電素子22aの出力を調整する。2つのケーブル部23の端部を流量演算測定部に接続し、圧電素子22aの出力を求めながら、カバー部21の小孔21dからドライバを挿し込み、調整ねじ22dを保持部22bに対し回転する。調整ねじ22dが圧電素子22aを押圧して壁面12c、13cに対する送受信面の密着度を変化させることにより、圧電素子22aからの出力が所定の大きさ等に調整される。
Next, the output of the
なお、このとき必要に応じて、実際に管路部10に基準流量の液体を流して、圧電素子22aから直管路11内に超音波ビームを送受信して、流量に対する圧電素子22aの出力を校正することができる。
At this time, if necessary, a liquid having a reference flow rate is actually allowed to flow through the
この調整が終了すると、カバー部21の小孔21dからシリコン樹脂21f等を収納孔部21a内に充填して硬化させる。これにより、調整ねじ22dの締付量が固定されると共に、収納孔部21a内への水の浸入を防止し、収納孔部21a内の電気絶縁性が確保できる。
When this adjustment is completed,
このようにして組立てた超音波式流量計は、管路部10に被測定流体を流し、圧電素子22aに接続した流量測定演算部により、壁面12c、13c間を一対の圧電素子22aにより送受信された超音波ビームの伝播速度をそれぞれ計測し、直管路11内の流体の流速、つまり流体流量を測定することができる。
The ultrasonic flow meter assembled in this manner allows a fluid to be measured to flow through the
本実施例においては、超音波送受信ユニット20を管路部10に対し装着することで、従来例のように圧電素子を一体に組み込んだ超音波式流量計に比べて、小型となり、ケーブルも側方に向けて引き出すことができ、組立ても容易である。また、従来例よりも直径の大きな圧電素子を使用することもでき、圧電素子のパワーを大きくして精度がより向上する。
In the present embodiment, the ultrasonic transmission /
また、超音波送受信ユニット20のカバー部21は管路部10よりも安価な合成樹脂材を使用することができるので、超音波式流量計をより安価に製造することが可能となる。
Moreover, since the
超音波送受信ユニット20が故障した場合には、ねじ31、32を外して、超音波送受信ユニット20を管路部10から取り外し、新たな超音波送受信ユニット20と交換することもできる。
When the ultrasonic transmission /
10 管路部
11 直管路
12 入口管路
12a、13a 本体部
12b、13b 管体部
12c、13c 壁面
13 出口管路
20 超音波送受信ユニット
21 カバー部
21a 収納孔部
21d 小孔
21f シリコン樹脂
22 圧電素子部
22a 圧電素子
22b 保持部
22c リード線
22d 調整ねじ
23 ケーブル部
31、32 ねじ
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