JP2019158676A - クランプオン式超音波流量センサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一実施の形態に係るクランプオン式超音波流量センサ(以下、流量センサと略記する。)について図面を参照しながら説明する。また、以下の説明において、配管の中心軸に沿った方向を軸心方向と呼ぶ。配管の周壁に沿った方向を周方向と呼ぶ。軸心方向に対して所定の角度だけ傾斜した方向を傾斜方向と呼ぶ。軸心方向と傾斜方向とに直交する方向を幅方向と呼ぶ。傾斜方向と幅方向とに直交する方向を長さ方向と呼ぶ。
図3は、図1の流量センサ1における流量の算出方法を説明するための図である。図3においては、クランプ部材130,140および取付板金150,160の図示を省略している。図3に示すように、超音波素子112と超音波素子122とは、軸心方向に互いにオフセットした状態で配置される。
流量センサ1は流量スイッチとして動作することも可能である。使用者は、本体部300を操作することにより、流量のしきい値を設定することができる。本体部300は、上記式(1)により算出された流量Qを設定されたしきい値と比較し、比較結果に基づいてオンオフ信号を外部装置に出力する。オンオフ信号は、図1の本体ケーブルCAを通して本体部300に接続された外部装置のオン状態とオフ状態とを切り替えるための信号である。図2の表示灯117は、外部装置のオン状態とオフ状態とを識別可能に点灯する。
図4は、センサヘッド110,120の詳細を示す模式的横断面図である。図5は、図4のセンサヘッド110,120のA−A線断面図である。図4においては、ケーシング111,121、表示灯117、クランプ部材130,140および取付板金150,160の図示が省略されている。図5においては、ケーシング111,121、表示灯117および取付板金150,160の図示が省略され、センサヘッド120およびクランプ部材130,140が点線により図示されている。
図7および図8は、ヘッド部100を配管Pに取り付ける工程を説明するための図である。図7に示すように、弾性カプラント114がクランプ部材130と板ばね115との間に配置される。次に、弾性カプラント114の配管接触部T1(図4および図5)が板ばね115のスリットS3に嵌め込まれた状態で、板ばね115が2つの取付ねじ134によりクランプ部材130に取り付けられる。配管接触部T1の先端は、板ばね115のスリットS3から突出する。
図12は、図1の中継部200および本体部300の内部構成を示すブロック図である。図12に示すように、中継部200は、切替回路201、送信回路202,203、増幅回路204、A/D(アナログデジタル)変換器205、中継制御部206、校正情報記憶部207、通信回路208、電源回路209および表示灯駆動回路210を含む。
本実施の形態に係る流量センサ1においては、超音波素子112からの超音波は、ウェッジ材113により伝搬され、超音波の伝搬方向に対して傾斜した入出射面C1から出射される。弾性カプラント114は、配管接触部T1が配管Pに接触しかつ軸心方向に沿って配置されるようにクランプ部材130により配管Pに支持され、配管接触部T1を介してウェッジ材113の入出射面C1からの超音波を配管Pへ伝搬する。クランプ部材130と配管Pとの間において、超音波を減衰させかつ弾性カプラント114の配管接触部T1を取り囲むようにダンピング材116が配置される。
(a)上記実施の形態において、中継部200と本体部300とが別体として設けられ、中継ケーブルCA3により接続されるが、本発明はこれに限定されない。中継部200と本体部300とが一体的に設けられてもよい。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
Claims (13)
- 配管内を流れる流体の流量を測定するクランプオン式超音波流量センサであって、
超音波を送受信する第1の超音波素子と、
前記第1の超音波素子からの超音波を伝搬するとともに、超音波の伝搬方向に対して傾斜しかつ伝搬した超音波を出射する第1の入出射面を有する第1のウェッジ材と、
前記配管に接触する第1の配管接触部を有し、前記第1の配管接触部を介して前記第1のウェッジ材の前記第1の入出射面からの超音波を前記配管へ伝搬する第1の弾性カプラントと、
前記配管を支持するとともに、前記第1の配管接触部が前記配管の軸心方向に沿って配置されるように前記第1の弾性カプラントを支持する第1のクランプ部材と、
前記第1のクランプ部材と前記配管との間において、超音波を減衰させかつ前記第1の弾性カプラントの前記第1の配管接触部を取り囲むように配置される第1のダンピング材と、
前記配管を挟んで前記第1の超音波素子との間で超音波を送受信する第2の超音波素子と、
前記第2の超音波素子からの超音波を伝搬するとともに、超音波の伝搬方向に対して傾斜しかつ伝搬した超音波を出射する第2の入出射面を有する第2のウェッジ材と、
前記配管に接触する第2の配管接触部を有し、前記第2の配管接触部を介して前記第2のウェッジ材の前記第2の入出射面からの超音波を前記配管へ伝搬する第2の弾性カプラントと、
前記配管を支持するとともに、前記第2の配管接触部が前記軸心方向に沿って配置されるように前記第2の弾性カプラントを支持する第2のクランプ部材と、
前記第2のクランプ部材と前記配管との間において、超音波を減衰させかつ前記第2の弾性カプラントの前記第2の配管接触部を取り囲むように配置される第2のダンピング材と、
前記第1の超音波素子と前記第2の超音波素子との間で送受信される超音波に基づいて前記配管内を流れる流体の流量を算出する流量算出部とを備え、
前記第1のクランプ部材が前記第1のダンピング材を押圧しかつ前記第2のクランプ部材が前記第2のダンピング材を押圧する状態で、前記配管を挟むように前記第1のクランプ部材と前記第2のクランプ部材とが互いに結合される、クランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1のクランプ部材に取り付けられかつ前記第1のダンピング材を前記配管に押圧する第1の押圧部材と、
前記第2のクランプ部材に取り付けられかつ前記第2のダンピング材を前記配管に押圧する第2の押圧部材とをさらに備える、請求項1記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1の押圧部材は、前記第1のクランプ部材に取り付けられた固定箇所に対し、周方向の両端が円弧状片持の第1の薄板ばねであり、前記第1および第2のクランプ部材の挟み込み方向とは異なる方向にも前記第1のダンピング材を前記配管に押圧し、
前記第2の押圧部材は、前記第2のクランプ部材に取り付けられた固定箇所に対し、周方向の両端が円弧状片持の第2の薄板ばねであり、前記第1および第2のクランプ部材の挟み込み方向とは異なる方向にも前記第2のダンピング材を前記配管に押圧する、請求項2記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1の薄板ばねは、半円筒形状を有し、前記配管の周方向の全体を囲いかつ前記第1のダンピング材を押圧するように配置され、
前記第2の薄板ばねは、半円筒形状を有し、前記配管の周方向の全体を囲いかつ前記第2のダンピング材を押圧するように配置される、請求項3記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1のクランプ部材と前記配管との間、および前記第2のクランプ部材と前記配管との間には、前記第1および第2のダンピング材の変形を許容する空間が形成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
- 前記第1および第2のダンピング材は弾性体により形成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
- 前記第1の押圧部材は、前記第1の弾性カプラントの位置および姿勢を保持するように構成され、
前記第2の押圧部材は、前記第2の弾性カプラントの位置および姿勢を保持するように構成される、請求項6記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1の押圧部材は、前記軸心方向に沿って延びかつ前記第1の弾性カプラントの前記第1の配管接触部が嵌め込まれる第3のスリットを有し、
前記第2の押圧部材は、前記軸心方向に沿って延びかつ前記第2の弾性カプラントの前記第2の配管接触部が嵌め込まれる第4のスリットを有する、請求項6または7記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1および第2のクランプ部材のうち少なくとも一方のクランプ部材は、前記配管を支持する際に当該クランプ部材を前記配管に導くガイド壁を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
- 前記配管の周壁は、前記第1のウェッジ材の前記第1の入出射面から出射される超音波の縦波が衝突する第1の励起領域と、前記第2のウェッジ材の前記第2の入出射面から出射される超音波の縦波が衝突する第2の励起領域とを含み、
前記配管の前記第1の励起領域は、当該配管内を流れる流体を通過しかつ前記第2の超音波素子に向かう超音波を励起し、
前記配管の前記第2の励起領域は、当該配管内を流れる流体を通過しかつ前記第1の超音波素子に向かう超音波を励起する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1のダンピング材は、前記第1の励起領域を取り囲むように前記配管に取り付けられ、
前記第2のダンピング材は、前記第2の励起領域を取り囲むように前記配管に取り付けられる、請求項10記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記第1のウェッジ材は、前記軸心方向に対する前記第1の超音波素子からの超音波のせん断波の入射角が臨界角以上となるように設けられ、
前記第2のウェッジ材は、前記軸心方向に対する前記第2の超音波素子からの超音波のせん断波の入射角が臨界角以上となるように設けられる、請求項1〜11のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。 - 前記配管の外径は2mm以上20mm以下である、請求項1〜12のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
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