JP2019095322A - 超音波流量測定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】配管に対して吸収体を良好に密着できるようにすること。【解決手段】超音波流量測定構造（１０）は、配管（Ｐ）の外周に設けられ、第１超音波センサ（１１）及び第２超音波センサ（１２）から送信されて配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する吸収体（２０）と、吸収体の外周側に設けられたカバー部材（３０）と、吸収体とカバー部材との間に介在された維持部材（４０）とを備えている。維持部材は、吸収体に対し配管に接触する方向の力をカバー部材によって加えるときに、配管と吸収体との密着を維持する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波流量測定構造に関し、特に、配管内に流れる流体の流量を計測するための超音波流量測定構造に関する。

従来、配管中の各種流体の流量を計測するため、例えば、特許文献１に開示される超音波流量計が提案されている。特許文献１の超音波流量計は、配管の上流側の外周と下流側の外周とにそれぞれ設けられる超音波送受信部を備え、流体中に超音波を伝搬して流体の流速を測定している。特許文献１の超音波流量計では、配管壁を伝搬して受信器に伝搬する配管伝搬波がノイズ成分となるため、配管の外周に円筒状の超音波吸収体を設けて配管伝搬波のエネルギーの減衰を図っている。超音波吸収体は二層のゴム層を備え、外側のゴム層を内側のゴム層よりも小さい粘弾性としている。

特開２０１５−２１７９９号公報

ところが、特許文献１では、外側のゴム層で内側のゴム層の自重による経時的な変形を抑制するものの、超音波吸収体がゴムだけで形成されるので、配管に対する超音波吸収体の密着に関して改善の余地がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、配管に対して吸収体を良好に密着させることができる超音波流量測定構造を提供することを目的の一つとする。

本発明における一態様の超音波流量測定構造は、流体が通過する配管の外周に装着されて超音波を送受信可能な超音波センサと、前記配管の外周に設けられ、前記超音波センサから送信されて前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する吸収体と、前記吸収体の外周側に設けられたカバー部材と、前記吸収体と前記カバー部材との間に介在され、前記吸収体に前記配管に接触する方向の力を前記カバー部材により加えるときに、前記配管と前記吸収体との密着を維持する維持部材とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、配管と吸収体との密着を維持する維持部材を設けたので、カバー部材によって吸収体に力を加えた際、配管と吸収体との間に隙間が生じたり、それらの密着状態にムラが生じることを抑制でき、配管に吸収体を良好に密着させることができる。これにより、吸収体によるノイズ成分の除去作用を良好に維持することができ、流量測定の精度安定を図ることができる。

本発明によれば、配管と吸収体との密着を維持する維持部材を設けたので、配管に対して吸収体を良好に密着させることができる。

実施の形態に係る超音波流量測定構造の概略断面図である。 実施の形態に係る超音波流量測定構造の側面図である。 実施の形態に係る超音波流量測定構造の平面図である。

ここで、配管内に流れる流体の超音波流量測定では、管路壁を伝搬する振動を管路壁から超音波吸収体に伝搬させ、伝搬先の超音波吸収体で振動を低減させる。すなわち、振動を管路壁から超音波吸収体に伝搬させることが重要である。そのため、超音波吸収体にタングステン等を添加して超音波吸収体の音響インピーダンスを配管に近付け、管路壁から超音波吸収体に振動を伝搬し易くしている。一方、空気の音響インピーダンスは配管や超音波吸収体とは大きく異なるため、管路壁と超音波吸収体との間に隙間があると、管路壁を伝搬する振動は超音波吸収体に伝搬しにくくなる。そのため、配管と超音波吸収体との間に隙間なく均等に密着させることが求められる。

ところが、上記特許文献１では、上述のように配管と超音波吸収体との密着に改善の余地がある。かかる密着の改善案として、特許文献１における超音波吸収体の外側にカバー部材を設け、このカバー部材によって超音波吸収体を配管の外周に押し付ける構成が考えられる。

しかしながら、このような構成では、超音波吸収体を押し付けるときに、カバー部材が周方向にて均等に変形せずにばらつきが生じ、このばらつきによって超音波吸収体が周方向にずれるように変位する。このため、配管と超音波吸収体との密着状態にムラが生じたり、それらの間に隙間が生じたりする、という問題があり、結果として超音波吸収体による配管伝搬波の減衰が不十分になる、という問題がある。

かかる問題に対し、請求項１に係る発明では、配管と吸収体との密着を維持する維持部材を設けたので、配管の周方向においてカバー部材の変形量にばらつきが生じても、同方向にて吸収体の一部分がその他の部分に比べて大きく変位することを防止できる。これにより、カバー部材によって吸収体に力を加えた際、配管と吸収体との間に隙間が生じたり、それらの密着状態にムラが生じることを抑制でき、吸収体を配管に均等に密着させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。以下の図においては、説明の便宜上、一部の構成を省略することがある。

図１は、実施の形態に係る超音波流量測定構造を配管の延出方向に直交する面で切断した概略断面図である。図２は、実施の形態に係る超音波流量測定構造の側面図である。図１及び図２に示すように、超音波流量測定構造１０は、配管Ｐに装着される第１超音波センサ１１及び第２超音波センサ１２を備えている。また、超音波流量測定構造１０は、配管Ｐの外周面に面接触するように設けられた吸収体２０と、吸収体２０の外周側に設けられたカバー部材３０と、吸収体２０とカバー部材３０との間に介在される維持部材４０とを備えている。ここで、配管Ｐ内を流れる流体は、種々のガス等の気体や水等の液体とされる。

第１超音波センサ１１及び第２超音波センサ１２は、配管Ｐの外周に接触及び固定して設けられている。第１超音波センサ１１及び第２超音波センサ１２は、配管Ｐ内を流れる流体の流れ方向（図２中矢印で図示）にて異なる位置に設けられ、本実施の形態では、第１超音波センサ１１が相対的に上流側、第２超音波センサ１２が相対的に下流側に設けられる。

第１超音波センサ１１及び第２超音波センサ１２は、それぞれ超音波を送信及び受信可能な位置に設けられ、相互の超音波を送受信する。具体的には、第１超音波センサ１１が送信した超音波は、第２超音波センサ１２によって受信され、第２超音波センサ１２が送信した超音波は、第１超音波センサ１１によって受信される。第１超音波センサ１１及び第２超音波センサ１２においては、流体の流れ方向及びその逆方向に超音波を伝搬させ、それらの伝搬時間を計測することで流体の流速及び流量を計算可能となっている。

吸収体２０は、第１超音波センサ１１及び第２超音波センサ１２周辺の配管Ｐの外周を覆うように設けられている。吸収体２０は、各超音波センサ１１、１２から送信されて配管Ｐを伝搬する配管伝搬波を吸収する機能を備えている。具体的には、吸収体２０はブチルゴム、シリコーン等の振動ノイズを減衰させる主材料に、タングステン等の粒子を混合させ、シート状に形成して配管Ｐの外周を巻くように取り付けたものである。タングステン等の粒子を混合させたのは、吸収体２０の音響インピーダンスを配管Ｐの音響インピーダンスに近づけたり、振動ノイズを吸収する効果を向上させたりするためである。

カバー部材３０は、吸収体２０とは異なる材質により形成され、特に限定されるものでないが、金属製の一枚の板部材を折り曲げ等の加工を行うことで形成される。金属としては板厚ゼロコンマ数ミリメートルから数ミリメートルのステンレス等を例示することができる。カバー部材３０は、図１の断面視で、配管Ｐの円筒形状に沿うようにＣ字の円弧状をなすカバー本体３１と、カバー本体３１の前記Ｃ字の両端部に連なって形成されて図１中右方向に突出する一対の突出片部３２とを備えている。

一対の突出片部３２は平行に設けられ、それらの面内には複数（本実施の形態では３本）のねじ部材３３が貫通して設けられている。また、各ねじ部材３３の先端側にはナット３４が螺合され、ナット３４に対してねじ部材３３のねじ込むことで一対の突出片部３２が接近する方向に変位若しくは変形する。この変位等により、カバー本体３１に引張力が生じ、維持部材４０及び吸収体２０を締め付けることができる。一方、締め付けた状態からナット３４に対してねじ部材３３を緩めることで、一対の突出片部３２が離れる方向に変位若しくは変形し、カバー本体３１による維持部材４０及び吸収体２０の締め付けが緩められる。ここにおいて、各突出片部３２、ねじ部材３３及びナット３４によって、配管Ｐに対する吸収体２０の接触圧力を調整する調整部３６が構成される。

維持部材４０においても、カバー部材３０と同じ金属製の材料によって構成され、また、図１の断面視で、配管Ｐの円筒形状に沿うようにＣ字の円弧状に形成されている。維持部材４０の前記Ｃ字の両端部は、カバー本体３１のＣ字の両端部の間に配置されている。

ここで、吸収体２０、カバー部材３０及び維持部材４０には、各超音波センサ１１、１２の設置位置に開口２０ａ、３０ａ、４０ａが形成されている。言い換えると、各開口２０ａ、３０ａ、４０ａの内部に各超音波センサ１１、１２が受容されている。吸収体２０の開口２０ａ及び維持部材４０の開口４０ａは、各超音波センサ１１、１２の隣接位置を囲う概略同一位置に形成されている（図３参照）。

カバー部材３０の開口３０ａは、他の開口２０ａ、４０ａに比べ、図３の上下方向に拡大した形状及び大きさに形成されている。そして、カバー部材３０の開口３０ａの内側であって維持部材４０の外周面には、かかる外周面から突出するように位置決め部４１が設けられている。位置決め部４１は、各超音波センサ１１、１２に対して配管Ｐの円周方向（図３の上下方向）両側にそれぞれ設けられている。位置決め部４１は、特に限定されるものでないが、矩形状をなす数ミリメートル厚の金属製の片部材とされ、維持部材４０に溶接等で固定される。なお、位置決め部４１は、維持部材４０の開口４０ａ周りを二枚厚となるように折り曲げて形成してもよい。

位置決め部４１は、カバー部材３０の開口３０ａに嵌るよう、開口３０ａの形成縁に沿って配置されている。位置決め部４１が開口３０ａに嵌ることで、カバー部材３０の開口３０ａ周りと維持部材４０の開口４０ａ周りとの相対変位が規制され、それらの相対位置が位置決めされる。これにより、維持部材４０の外側にカバー部材３０を装着するときに、各開口３０ａ、４０ａ同士を容易に位置決めすることができ、ひいては、維持部材４０とカバー部材３０との位置決めも容易に行うことができる。

以上の構成において、図示された状態から吸収体２０を配管Ｐに押し付けて密着させる場合、調整部３６のねじ部材３３をねじ込めばよい。このとき、調整部３６では、各突出片部３２が接近する方向に変形若しくは変位し、カバー本体３１に引張力が生じて内周面が縮径するようになる。これにより、カバー部材３０により吸収体２０が配管Ｐに接触する方向の力を維持部材４０を介して加えることができる。言い換えると、カバー部材３０が維持部材４０及び吸収体２０を配管Ｐ側に向かって押し付けるようになり、吸収体２０と配管Ｐとの密着性を高めることができる。

ここで、カバー部材３０にあっては、ねじ部材３３をねじ込んだときに、突出片部３２側の変形量が配管Ｐを挟む反対側等に比べて大きくなる。このように配管Ｐの周方向においてカバー部材３０の変形量にばらつきが生じても、カバー部材３０と吸収体２０との間に維持部材４０が介在されるので、かかるばらつきの影響を吸収体２０が受けなくなる。具体的には、吸収体２０にて突出片部３２近傍だけがずれるように変位及び変形することを防止することができ、吸収体２０に皺等が生じて配管Ｐと吸収体２０との間に隙間が生じたり、それらの密着状態にムラが生じたりすることを抑制することができる。その結果、配管Ｐと吸収体２０との密着が均等になるよう維持することができ、吸収体２０で配管伝搬波を良好に吸収して各超音波センサ１１、１２による測定精度の安定化を図ることができる。

また、カバー部材３０にて開口３０ａ周りは強度が低下するので、ねじ部材３３をねじ込むことでカバー部材３０に引張力が生じると、開口３０ａ周りで変形が生じ易くなる。ところが、本実施の形態では、維持部材４０に設けた位置決め部４１がカバー部材３０の開口３０ａと嵌り合うので、位置決め部４１で開口３０ａ周りを補強することができ、開口３０ａ周りでの変形を抑制することができる。これにより、配管Ｐと吸収体２０との密着の均等化をより良く達成でき、また、その状態を良好に維持することが可能となる。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

上記実施の形態において、カバー部材３０及び維持部材４０を金属とした場合を例示したが、硬質の合成樹脂等他の材質によって構成してもよい。但し、金属によってカバー部材３０や維持部材４０を構成することで、調整部３６による締め付けに耐え得る強度と、配管Ｐの円筒形状に対応し得る柔軟性を良好に得られる点で有利となる。

また、調整部３６は、カバー部材３０での配管Ｐに対する吸収体２０の接触圧力を調整できる限りにおいて、種々の変更が可能であり、例えば、カバー部材３０に帯状体を巻き付け該帯状体の締付け力を調整できるバックル等を設けた構成としてもよい。

１０ 超音波流量測定構造
１１ 第１超音波センサ（超音波センサ）
１２ 第２超音波センサ（超音波センサ）
２０ 吸収体
２０ａ 開口
３０ カバー部材
３０ａ 開口
３６ 調整部
４０ 維持部材
４０ａ 開口
４１ 位置決め部
Ｐ 配管

Claims (5)

1. 流体が通過する配管の外周に装着されて超音波を送受信可能な超音波センサと、
   前記配管の外周に設けられ、前記超音波センサから送信されて前記配管を伝搬する配管伝搬波を吸収する吸収体と、
   前記吸収体の外周側に設けられたカバー部材と、
   前記吸収体と前記カバー部材との間に介在され、前記吸収体に前記配管に接触する方向の力を前記カバー部材により加えるときに、前記配管と前記吸収体との密着を維持する維持部材とを備えていることを特徴とする超音波流量測定構造。
2. 前記吸収体、前記カバー部材及び前記維持部材は、前記超音波センサを内部に受容する開口をそれぞれ備え、
   前記維持部材には、前記カバー部材の開口周りと前記維持部材の開口周りとの相対位置を位置決めする位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量測定構造。
3. 前記位置決め部は、前記維持部材から突出して前記カバー部材の開口に嵌るように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波流量測定構造。
4. 前記カバー部材は、前記配管に対する前記吸収体の接触圧力を調整する調整部を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波流量測定構造。
5. 前記維持部材は、金属によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波流量測定構造。

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