JP2019536040A - クランプオン式超音波流量計 - Google Patents

Abstract

クランプオン式超音波流量計が開示される。当該流量計は、成形された結合要素（９）を備える。

Description

本発明は、クランプオン式超音波流量計に関する。

管内の流体の流速は、体積流量などの流体の特性を決定するために使用することができる。

流体との直接的、機械的な接触を必要としない、非破壊検査装置が使用され得る。それにより、管構造の変更、計器本体の挿入の必要なく、または、流体の流れを妨げることなく、測定を行うことが可能になり得る。

１つのそのような非破壊検査装置に、クランプオン式超音波流量計がある。クランプオン式超音波流量計は、超音波の放出および検出が可能な少なくとも１つの超音波トランスデューサを有し、管の外側表面に固定される。各トランスデューサは、能動要素に隣接する結合要素を含む。結合要素は平らになる傾向があるが、管の外側表面の輪郭に沿う輪郭をもった表面をもたらすよう形作ることもできる。結合要素は、表面に入射する超音波を散乱させる輪郭をもった表面をもたらすよう形作ることができる。

現在、クランプオン式流量計用のトランスデューサは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、または架橋ポリスチレンなどのハードポリマ材料を結合要素材料として使用する傾向がある。例えば、米国特許公開第２０１６／０１１６３１８（Ａ１）号には、充填剤を含有しないポリエーテルイミドを含む結合要素を有する超音波トランスデューサについて記載されている。これらの材料を含む結合要素の製造は、当該材料の機械加工を必要とする傾向がある。これらの材料を使用するトランスデューサは、管の外側表面と接触した状態で保持される平坦表面またはプロファイル表面を有してよい。

しかしながら、この手法には１または複数の欠点がある場合がある。例えば、結合要素に使用される材料は、高価であり、かつ／または、機械加工にかなりの時間と費用を要する傾向がある。

欧州特許出願第１ ２４８ ０８１（Ａ１）号には、超音波トランスデューサと、主に当該トランスデューサの平面に垂直な方向に当該トランスデューサが送った超音波を伝搬する超音波伝搬要素との複合物であって、管の中心線との成す角が鋭角である位置に配置された複合物、および、当該超音波伝搬要素と管との間に置かれた超音波伝搬層を備える超音波送受波装置について記載されている。

本発明の第１態様において、成形された結合要素、または任意で、液体充填チャンバの表面を形成するための軟質膜結合要素、を備えるクランプオン式超音波流量計が提供される。

これにより、クランプオン式流量計用のトランスデューサを安価に、また簡単に製造することが可能になり得る。結合要素材料の機械加工が必要ない場合がある。

結合要素または膜は、エラストマを含んでよい。結合要素は、成形可能材料を含んでよい。成形可能材料は、第１温度（例えば、９０℃または１１０℃に等しいか、またはそれより高い温度）で流動可能であり、より低い第２の温度（例えば、８０℃または６０℃に等しいか、またはそれより低い温度）で流動可能ではない材料であってよい。成形可能材料は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）を含んでよい。結合要素は、熱硬化性ポリマを含んでよい。結合要素は、エポキシエラストマ、例えばエラストマエポキシ樹脂、を含んでよい。

結合要素は、結合要素上に配置され、または、結合要素によって支持される能動要素を有してよい。結合要素と能動要素との間に受動層が介在してよい。

結合要素は通常、ベース面と、上面と、対向する第１端面および第２端面と、対向する第１側面および第２側面と、上面と第１端面との間に延びる面取り面とを有する、先端が切り落とされた楔形の形状であってよい。

結合要素は、少なくとも１つの成形された散乱要素を有してよい。成形された散乱要素と結合要素とは、単一部品であってよく、同じ材料を含んでよい。結合要素は、散乱要素の配列を有してよい。

結合要素は、筐体内に配置されてよい。筐体は、単一部品であってよく、または、２以上の接続可能部分を有してよい。

筐体は通常、中空の、先端が切り落とされた楔を有してよい。筐体は、上部と、対向する第１端部および第２端部と、対向する第１側部および第２側部と、上部と第１端部との間に延びる面取り部とを含む複数の部分（または「壁」）を備えてよい。筐体は、開口ベースを有してよい。換言すると、筐体は、ベース部を有さなくてよい。

筐体は、能動要素を収容するための開口部を、例えば面取り部に有してよい。能動要素は、開口部の中に配置されてよい。開口部は、能動要素を支持してよい。

筐体は、開口面を有してよい。すなわち、筐体は、当該面に筐体部分を有さなくてよい。これにより、結合要素と、被試験物、例えば管、との間における接触領域を設けることができる。

筐体は、内面、例えば、第２端部の内面、を有してよい。当該内面は、超音波トランスデューサ内での超音波の残響を低減するための、少なくとも１つの内側に突出した部材を含んでよい。当該内面は、内側に突出した部材の配列を含んでよい。内側に突出した当該部材は、楔であってよい。楔はピラミッド型であってよい。

クランプオン式流量計は、筐体の内面に当てて配置された挿入物をさらに備えてよい。挿入物は、対向する第１面および第２面を有してよい。挿入物の第１面は、少なくとも１つの突出部材、例えば、突出部材の配列、を含んでよい。突出部材は、楔であってよい。楔は、ピラミッド型であってよい。挿入物は、挿入物の第２面が筐体の内面に当てて配置され、挿入物の第１面が筐体の中へと内側を向くように、筐体の中に配置されてよい。

結合要素は、流量計の動作温度で屈曲性を呈する材料を含んでよい。結合要素は、流量計の動作温度で屈曲性を呈さない材料を含んでよい。流量計の動作温度は、−２０℃以下、０℃以下、または２０℃以下であってよい。流量計の動作温度は、少なくとも２０℃、少なくとも５０℃、少なくとも１００℃、少なくとも１５０℃、または少なくとも２００℃であってよい。流量計は、極低温環境で動作してよい。すなわち、流量計の動作温度は、−２００℃以下または−１６０℃以下であってよい。

液体は、ミネラル油もしくはグリースなどの油、ゲル、または音響吸収性の低い、音響伝導性の他の液体であってよい。

本発明の第２態様において、本発明の第１態様に係るクランプオン式超音波流量計を備えるエネルギーメータが提供される。エネルギーメータは、少なくとも１つの温度プローブを備えてよい。

本発明の第３態様において、クランプオン式流量計で使用するための超音波トランスデューサを製造する方法が提供される。当該方法は、金型を提供する段階と、結合要素を形成するべく金型に成形可能材料または変形可能要素を配置する段階とを備える。

当該方法は、結合要素上に能動要素を配置する段階をさらに備えてよい。

金型は、筐体であってよい。金型に成形可能材料を配置する段階は、材料を射出する段階を有してよい。金型に成形可能材料を配置する段階は、材料を注ぐ段階を備えてよい。金型に成形可能材料を配置する段階は、真空条件下で金型に成形可能材料を配置する段階を有してよい。金型に成形可能材料を配置する段階は、金型に成形可能材料を配置する段階の前に、金型から空気を抜く段階を有してよい。成形可能材料は、金型に成形可能材料を配置するとき、液体であること（すなわち、流動可能であること）が好ましい。

当該方法は、成形可能材料を凝固または硬化させる段階をさらに備えてよい。成形可能材料は、室温、すなわち約２２度で凝固または硬化させられてよい。当該方法は、成形可能材料に熱を加える段階を備えてよい。当該方法は、金型に熱を加える段階を備えてよい。当該方法は、金型から結合要素を取り出す段階をさらに備えてよい。

金型に変形可能要素を配置する段階は、金型に液体充填膜を配置する段階を有してよい。金型に変形可能要素を配置する段階は、金型に膜を配置する段階と、膜を油などの液体で充填する段階とを有してよい。当該方法は、膜から空気を抜く段階をさらに備えてよい。当該方法は、膜を密閉する段階をさらに備えてよい。

これより、以下の添付の図面を参照して、本発明の特定の実施形態を例として説明する。
管、および管を流れる流体の斜視図である。 管、管を流れる流体、ならびに、管の外側表面に固定された第１トランスデューサおよび第２トランスデューサの横断面図である。 超音波トランスデューサの斜視図である。 図３に示す超音波トランスデューサの、切断線Ａ−Ａ'における断面図である。 超音波トランスデューサの第１筐体の斜視図である。 図５に示す第１筐体の、切断線Ｂ−Ｂ'における断面図である。 第１筐体内に配置された超音波トランスデューサの断面図である。 超音波トランスデューサの第２筐体の斜視図である。 図８に示す第２筐体の、切断線Ｃ−Ｃ'における断面図である。 超音波トランスデューサの第３筐体の斜視図である。 図１０に示す第３筐体の、切断線Ｄ−Ｄ'における断面図である。 筐体挿入物の斜視図である。 超音波トランスデューサの第３筐体、および、第３筐体の中に配置された筐体挿入物の斜視図である。 筐体挿入物の変形の斜視図である。 第１超音波トランスデューサの製造のプロセスフロー図である。 製造プロセス中の第１超音波トランスデューサの背面に平行な平面を通る断面図である。 製造プロセス中の第１超音波トランスデューサの背面に平行な平面を通る断面図である。 製造プロセス中の第１超音波トランスデューサの背面に平行な平面を通る断面図である。 第１筐体内に配置された第２超音波トランスデューサの断面図である。 第２超音波トランスデューサを製造する方法のプロセスフロー図である。 管と接触した流量計の断面図である。 管およびエネルギーメータの横断面図である。

以下では、同様の部分は、同様の参照番号で示される。

図１を参照すると、円筒管１が示されており、円筒管１を流体２が管１の長手方向軸Ｌに沿って流速ｖ_ｆで流れている。流速ｖ_ｆは、超音波を使用して、流体２と機械的に接触することなく測定することができる。

ここで、流体の流れを測定する通過時間法について説明する。

図２も参照すると、円筒管１は、内側表面４および外側表面５を有する壁３を備える。管１の外側表面５に第１超音波トランスデューサ６_１および第２超音波トランスデューサ６_２が固定され、それらは管１に沿って一列に間隔を空けて配置されている。第１トランスデューサ６_１と第２トランスデューサ６_２とは、管１に沿って間隔ｘだけ離れている。

第１トランスデューサ６_１および第２トランスデューサ６_２は、コントローラ７に電気的に接続されている。コントローラ７は、各トランスデューサ６_１、６_２にそれぞれの信号を送って各トランスデューサにそれぞれの超音波パルス８_１、８_２を放出させることができる。コントローラ７は、各トランスデューサが超音波パルスを検出したことを示す、各トランスデューサ６_１、６_２からのそれぞれの信号（図示せず）を受信することができる。流体２の流速ｖ_ｆの測定は、管１内を流体２の流れに沿って、または流体２の流れに逆らって伝搬する超音波パルスを、第１超音波トランスデューサ６_１および第２超音波トランスデューサ６_２に交互に放出および検出させることによって行われる。

第１トランスデューサ６_１は第１超音波パルス８_１を、および第２トランスデューサ６_２は第２超音波パルス８_２を、管１の長手方向軸Ｌに対して角度θの勾配をつけて管１に向かって放出する。第１パルス８_１および第２パルス８_２はそれぞれ、管壁３を通って流体２の中へと伝搬し、管壁３の内側表面４で反射し、流体２および管壁３を伝搬して戻り、第２トランスデューサ６_２および第１トランスデューサ６_１によって検出される。

第１パルス８_１および第２パルス８_２は、管１の軸に対してθの角度を成して流体２の中を伝搬する。流体２が管１の軸に沿った非ゼロの流速ｖ_ｆを有するとき、パルス８_１、８_２の速度は、流体２が静止しているときの当該流体中での音速に対して相対的に変化する。パルス８_１、８_２の速度は、流体２の流速に対して相対的に、パルス８_１、８_２の伝搬方向によって決まる。

第１パルス８_１は第１トランスデューサ６_１によって放出され、放出後の時間ｔ_１において第２トランスデューサ６_２によって検出される。第２パルス８_２は第２トランスデューサ６_２によって放出され、放出後の時間ｔ_２において第１トランスデューサ６_１によって検出される。

通過時間ｔ_１、ｔ_２を測定すること、および任意で、例えば管の輪郭または流体２の流量といったものに依存し得る補正係数を加えることによって、流体２の流速ｖ_ｆを決定することができる。

通過時間測定には、他の経路を使用することができる。

較正手順も行われてよい。さらに、または、それに代えて、クランプオン式流量計は、第１パルス８_１と第２パルス８_２との間の位相のずれを決定してよい。

クランプオン式流量計測定は、通過時間測定に限定されない。例えば、散乱粒子を含有する流体の特性の測定には、ドップラーシフトによる方法が適している場合がある。ドップラーシフト測定実行用の流量計は、少なくとも１つの超音波トランスデューサを含む。少なくとも１つの超音波トランスデューサは、超音波パルスを放出し、例えば泡であってよい散乱粒子によって当該パルスが散乱された後に、同じ超音波パルスを検出してよい。したがって、ドップラーシフト流量計の場合、超音波トランスデューサは１つだけしか必要ないと考えられる。ドップラーシフト測定実行用の流量計は、放出した超音波パルスと検出した超音波パルスとの間の周波数の差を決定してよい。

図３および図４を参照すると、クランプオン式流量計で使用できる第１超音波トランスデューサ６が示されている。第１トランスデューサ６は、結合要素９を備える。結合要素９は通常、先端が切り落とされた楔形の形状を有し、上面１０および底面１１と、前面１２および背面１３と、対向する第１側面１４および第２側面１５とを有する。上面１０および前面１２は、上面１０の平面および前面１２の平面に対してある角度傾けて配された傾斜面１６（または「面取り面」）によってつながっている。

トランスデューサ６は、傾斜面１６に配置された能動要素１７を有する。能動要素１７は、圧電要素１８を含む。圧電要素１８は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛などのセラミック、または、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電ポリマを含んでよい。圧電要素１８は、対向する第１面１９_１および第２面１９_２を含む。対向する第１面１９_１および第２面１９_２に、それぞれ、矩形平板型の第１電極２０_１および第２電極２０_２が配置されている。

第１電極２０_１は第１リード２１_１に、および第２電極２０_２は第２リード２１_２に、電気的に接続されている。第１リード２１_１および第２リード２１_２は、コントローラ２２に電気的に接続されている。コントローラ２２は、第１リード２１_１および第２リード２１_２に電気信号を送信し、それらから電気信号を受信してよい。

能動要素１７は、伝送モードおよび受取モードで動作してよい。伝送モードでは、能動要素１７は、第１リード２１_１および第２リード２１_２を介して受信した電気信号、例えば印加電圧、を、機械的振動に変換する。受取モードでは、能動要素１７は、機械的振動を電気信号に変換し、その後、電気信号は、第１リード２１_１および第２リード２１_２を介して送信される。

能動要素１７は、第１電極２０_１および第２電極２０_２のうちの１つが傾斜面１６と接触するように、傾斜面１６に配置される。能動要素１７は、幅がｗ_１で長さがｌ_１である。幅ｗ_１および長さｌ_１は、矩形平板型の第１電極２０_１および第２電極２０_２の直角を成す二辺に沿って、第１電極２０_１または第２電極２０_２の平面内で測定される。

結合要素９は、成形可能材料を含む。成形可能材料は、エラストマ、例えばシリコーンエラストマ、を含んでよい。成形可能材料は、ゴム、シリコーンゴム、または、適した超音波特性を有する他のポリマ材料を含んでよい。例えば、成形可能材料は、ラテックスを含んでよい。成形可能材料は、（製造中に）流動可能であるのが好ましく、ゆえに、例えばゲル（流動可能ではない）は使用されない。

結合要素９の背面１３は、散乱要素２３を形成するよう形作られる。散乱要素２３は、背面１３から結合要素９の本体の中へと内側に突出している。散乱要素２３の形はピラミッド形であってよいが、傾斜および／または湾曲した反射表面を有する他の形状を使用することができる。

結合要素９は、能動要素１７から、結合要素９の底面１１と接触した状態で置かれた物体（図示せず）に振動を伝達するのに役立ち得る。当該物体（図示せず）とは、管の外側表面または管の構造上の特徴であってよい。

図５および図６も参照すると、結合要素９は、第１筐体２４に収容または含有されてよい。

第１筐体２４は中空であり、外側表面２５および内側表面３１を有する、先端が切り落とされた楔形の形状をしている。筐体２４は、適切な剛性材料、例えば、アルミニウムもしくはステンレス鋼などの金属もしくは金属合金、または、適当な硬さのプラスチックで形成される。外側表面２５は、上部外面２６と、前部外面２７および背部外面２８と、対向する第１側部外面２９および第２側部外面３０とを含む。内側表面３１は、上部内面３２（図６に最も分かり易く示されている）と、前部内面３３および背部内面３４（図６に最も分かり易く示されている）と、対向する第１側部内面３５および第２側部内面３６とを含む。筐体２４は、開口部３７をもつ開口底面４２を有する。

上部外面２６および前部外面２７は、上部外面２６の平面および前部外面２７の平面に対してある角度傾けて配された傾斜外面３８によってつながっている。上部内面３２および前部内面３３は、上部内面３２の平面および前部内面３３の平面に対してある角度傾けて配された傾斜内面３９と交わっている。

傾斜外面３８および傾斜内面３９は、矩形開口部４０によって接続される。矩形開口部４０は、傾斜外面３８の平面内で、直角を成す二方向で測定された幅ｗ_２および長さｌ_２を有する。

第１筐体２４の背部内面３４は、背部内面３４から離れる方向に内側に突出する突起４１の配列を形成するよう形作られる。突起４１はピラミッド形だが、他の形状を使用することができる。

図７も参照すると、いくつかの実施形態において、第１超音波トランスデューサ６が第１筐体２４に収容されている。

結合要素９は、筐体２４の内側表面３１になじむ（換言すると、筐体２４の内側表面３１の形状に沿っている）。開口部４０の幅ｗ_２は、能動要素１７の幅ｗ_１と実質的に同じである。さらに、またはそれに代えて、当該開口部の長さｌ_２は、能動要素１７の長さｌ_１と実質的に同じであってよい。このようにすることが、能動要素１７を適切な位置に保持するのに役立ち得る。さらに、またはそれに代えて、能動要素１７は、接着材（図示せず）を使用して、適所に保持されてよい。

後により詳細に説明するが、一体型のユニットを形成するべく、トランスデューサ６は筐体２４内で製造されてよい。あるいは、トランスデューサ６は、製造後に筐体２４から取り出されてよい。製造後にトランスデューサ６を筐体２４から取り出せるよう、筐体２４は、２以上の結合分離可能部分（図示せず）を有してよい。

結合要素９の底部１１は、筐体２４の底面４２と面一である必要はない。例えば、結合要素９は、開口部３７を突き出てよい。

図８および図９を参照すると、第２筐体２４'が示されている。第２筐体２４'は、開口部３７（図６）がないこと以外は前述の第１筐体２４（図６）と同じである。第２筐体２４'の外側表面２５'は、外側底面４２'を含み、第２筐体２４'の内側表面３１'は、内側底面４３を含む。

再び図５を参照すると、散乱部材４１（例えばピラミッド形状の突起）は、筐体２４と一体的に形成されている。しかしながら、散乱部材４１は、別個に製造してから筐体の中に挿入されてよい。

図１０および図１１を参照すると、第３筐体２４''が示されている。第３筐体２４''は、第３筐体２４''の背部内面３４'が突起を形成するよう形作られていないこと以外は、前述の第１筐体２４（図６）と同じである。第３筐体２４''の背部内面３４'は平坦（または「平面状」）である。

図１２を参照すると、筐体挿入物４４（本明細書では、単に「挿入物」とも称される）が示されている。挿入物４４は、対向する第１面４５および第２面４６を有するシートの形をとる。筐体挿入物４４は、第１面４５全体に突起４７の配列を形成するよう形作られる。

図１３も参照すると、挿入物４４は、挿入物４４の第２面４６が、第３筐体２４''の背部内面３４'に当てて配置された状態で筐体２４''内に置かれてよい。したがって、突起４７は、筐体２４''の空洞の中へと内側を向いている。

図１４を参照すると、挿入物の変形４４'が示されている。挿入物の変形４４'は、対向する第１面４５'および第２面４６'を有するシートの形をとる。挿入物の変形４４'は、適切な音響散乱特性または音響吸収特性を有する１または複数の材料を含む。例えば、挿入物の変形４４'は、第１相および第２相の混合物を含む複合材料を含んでよい。第１相は、ポリマ、例えばゴムまたはエラストマ、を含んでよい。第２相は、粒子状材料、例えば、ガラス玉、ガラス球、セラミック粒子、金属粒子、を含んでよい。

挿入物の変形４４'は、第３筐体２４''の背部内面３４'を覆うように、筐体２４''内に配置されてよい。筐体挿入物の変形４４'は、挿入物の変形４４'に入射する音波の散乱または吸収に役立ち得る。

あるいは、第３筐体２４''には、筐体挿入物４４も筐体挿入物の変形４４'も提供されなくてよい。

ここで、図１５を参照して、超音波トランスデューサ６の製造方法を説明する。

事前に製造された筐体２４、２４'、２４''が提供される（段階Ｓ１５０１）。結合要素材料が筐体２４、２４'、２４''内に配置される（段階Ｓ１５０２）。例えば、結合要素材料は、筐体２４、２４'、２４''に注ぎ込まれてよい。結合要素材料は、開口面から筐体２４、２４''の中に導入されてよい。あるいは、結合要素材料は、開口部から筐体２４、２４'、２４''の中に導入されてもよい。

結合要素材料を、凝固または硬化させる（段階Ｓ１５０３）。凝固または硬化中、結合要素材料に熱が加えられてよく、さらに、またはそれに代えて、筐体２４、２４'、２４''に熱が加えられてよい。このことが、硬化の開始および／または加速を促し得る。

結合要素材料は、結合要素材料を筐体２４、２４'、２４''内に配置する前に、真空中に置かれてよい。そうすることで、結合要素材料からの気泡の除去を促すことができる。さらに、またはそれに代えて、筐体および結合要素材料は、結合要素材料を筐体２４、２４'、２４''内に配置した後であり、かつ、いずれの凝固または硬化の段階よりも前に、真空中に置かれてよい。そうすることで、結合要素材料からの気泡の除去を促すことができる。

結合要素材料を凝固もしくは硬化させる前（すなわち、段階Ｓ１５０３の前）か、または、結合要素材料を凝固もしくは硬化させた後に、能動要素１７（図４）、例えば圧電要素、が、結合要素材料上に、または結合要素材料に当てて配置されてよい。

図１６ａから図１６ｃを参照すると、当該方法は、結合要素材料を成形する段階をさらに備えてよい。

図１６ａに示すように、結合要素材料が筐体２４、２４''内に配置された後、図１６ｂに示すように、ブランキングプレート４８が筐体２４、２４''の開口部３７に置かれてよい。ブランキングプレート４８は、トランスデューサ６を固定したい管１の表面の輪郭と同じまたは類似していてよい輪郭をもつ表面４９を有する。表面４９は、筐体２４、２４''の開口部３７を通して結合要素材料と接触する。図１６ｃに示すように、結合要素材料が凝固または硬化した後、ブランキングプレート４８が除去される。

当該方法は、結合要素材料を筐体２４''内に配置する前に、筐体２４''内に筐体挿入物４４（図１２）、４４'（図１４）を配置する段階をさらに備えてよい。

図１７を参照すると、クランプオン式流量計に使用することができる第２超音波トランスデューサ６'が示されている。

第２超音波トランスデューサ６'は、前述の筐体２４を備える。図１７では第１筐体２４が例示されているが、第２筐体２４'（図８）または第３筐体２４''（図１０）を使用してもよい。油、グリース、ゲル、または、音響吸収性の低い、音響伝導性の他の適した液体などの液体５１で充填された膜５０を含む結合要素が、筐体２４内に配置される。膜５０は、エラストマ、ゴム、ポリマ、または、超音波の伝搬を可能にする他の適した材料を含んでよい。液体５１は、水、油、または別の液体を含んでよい。

液体５１で充填された膜５０は、筐体２４の内側表面３１になじむ。

ここで、図１８を参照して、超音波トランスデューサ６'の製造方法を説明する。

筐体２４（図６）、２４'（図９）、２４''（図１１）が提供される（段階Ｓ１８０１）。筐体２４、２４'、２４''内に膜５０が配置される（段階Ｓ１８０２）。膜５０が液体５１で充填される（段階Ｓ１８０３）。膜５０から空気を抜く（段階Ｓ１８０４）。膜５０を密閉する（段階Ｓ１８０５）。

あるいは、膜５０は、膜５０が筐体２４、２４'、２４''内に置かれる前に、液体５１で充填されてよい。すなわち、段階Ｓ１８０３は段階Ｓ１８０２の前に行われてよい。膜５０は、膜５０が筐体２４、２４'、２４''内に配置される前に、液体５１で充填され、空気が抜かれてよい。すなわち、段階Ｓ１８０３およびＳ１８０４は段階Ｓ１８０２の前に行われてよい。膜５０は、膜５０が筐体２４、２４'、２４''内に配置される前に、液体５１で充填され、空気が抜かれ、密閉されてよい。すなわち、段階Ｓ１８０３、Ｓ１８０４、およびＳ１８０５は、段階Ｓ１８０２の前に行われてよい。

当該方法は、膜５０が筐体２４''内に配置される前に、筐体２４''内に筐体挿入物４４、４４'を配置する段階をさらに備えてよい。

図１９を参照すると、超音波トランスデューサ６、６'が管１の外側表面５に固定されている。結合要素９は、管１の外側表面５になじんでいる。結合要素９は、トランスデューサ６、６'の動作温度で屈曲性を呈する材料を含んでよい。結合要素９は、管の外側表面の輪郭に沿う輪郭をもった表面をもたらすよう形作られた材料を含んでよい。例えば、結合要素９は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）を含んでよい。

図２０を参照すると、エネルギーメータ５２は、第１超音波トランスデューサ６_１および第２超音波トランスデューサ６_２と、第１温度プローブ５３_１および第２温度プローブ５３_２とを備える。第１超音波トランスデューサ６_１および第２超音波トランスデューサ６_２は、管１の外側表面４に固定され、管１に沿って一列に間隔を空けて配置されている。第１温度プローブ５３_１および第２温度プローブ５３_２は、管１の外側表面４と熱的に接触しており、管１に沿って一列に間隔を空けて配置されている。

第１超音波トランスデューサ６_１および第２超音波トランスデューサ６_２、ならびに、第１温度プローブ５３_１および第２温度プローブ５３_２は、コントローラ７に電気的に接続されている。第１温度プローブ５３_１および第２温度プローブ５３_２によって測定された温度間の差を算出することと、先述したように管１を流れる流体２の流量を算出することとによって、流体２の熱流量が決定されてよい。

エネルギーメータ５２は、ビルなどのユニット（図示せず）の中を通っている管に出入りする流体の熱流量を決定するために使用されてよい。例えば、第１温度プローブ５３_１が、ユニットの入口地点で管と接触して置かれてよく、第２温度プローブ５３_２が、ユニットの出口地点で管と接触して置かれてよい。

前述の実施形態に対して様々な変更が施され得ることを理解されたい。

散乱要素は、任意の適した形状であってよい。すなわち、散乱要素は、断面が三角形である必要はない。例えば、散乱要素は、断面が円形または矩形であってよい。

能動要素の電極は、矩形以外の形状であってよい。例えば、能動要素の電極は、円盤形状をしていてよい。能動要素の電極は、正方形であってよい。筐体の開口部は、能動要素を受け入れるよう形作られてよい。例えば、能動要素の電極が円盤形状である場合、開口部は円形であってよい。

能動要素は、適切な音響特性を有する接着材を使用して、または、適切な配置用もしくは固定用の装置もしくはコンポーネントによって、適所に保持されてよい。能動要素は、カプラント、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのグリースカプラント、プロピレングリコールなどの液体カプラント、グリセリンなどのゲルカプラント、シアノアクリレートなどの接着用カプラントを使用して管に音響的に結合されてよい。

クランプオン式の流れ測定は、円筒管を流れる流体の測定に限定されない。流体が中を流れる管は、円形ではない断面を有する場合がある。例えば、断面は、矩形または正方形であってよい。

第１電極および第２電極のうちの１つは、両電極の接続が能動要素の同じ側から、例えば、結合要素に隣接していない側からとられ得るように、圧電材料に巻き付けられてよい。

結合要素は、凹部を含んでよく、能動要素は、当該凹部に配置されてよい。

筐体２４、２４'、２４''は、金属を含む必要はない。筐体２４、２４'、２４''は、音響特性が結合要素と著しく異なる任意の剛性材料を含んでよい。

能動要素は、結合要素と直に接触する必要はない。例えば、能動要素と結合要素との間に中間材が配置されてよい。

中間材は、アルミニウムなどの金属、セラミック、ガラス、ポリマ、グリースの層、または油の層であってよい。中間材は、能動要素と結合要素との間での音響エネルギーの伝達を最大にするよう選ばれた厚さと音響特性とを有する材料であってよい。

Claims (25)

1. 成形された結合要素を備えるクランプオン式超音波流量計。
2. 前記成形された結合要素はエラストマを含む、
   請求項１に記載のクランプオン式超音波流量計。
3. 前記結合要素上に配置された能動要素を備える、
   請求項１または２に記載のクランプオン式超音波流量計。
4. 前記成形された結合要素は、成形された少なくとも１つの散乱要素を有する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
5. 前記成形された少なくとも１つの散乱要素および前記結合要素は、同じ材料を含む、
   請求項４に記載のクランプオン式超音波流量計。
6. 前記結合要素は筐体内に配置される、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
7. 前記筐体は開口部を有する、
   請求項６に記載のクランプオン式超音波流量計。
8. 能動要素は、前記開口部内に配置される、
   請求項７に記載のクランプオン式超音波流量計。
9. 前記開口部は、能動要素を支持する、
   請求項７または８に記載のクランプオン式超音波流量計。
10. 前記筐体は、開口した面を有する、
    請求項６から９のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
11. 前記筐体は、内面を有し、前記内面は、前記内面から離れる方向に延在する少なくとも１つの突起部を含む、
    請求項６から１０のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
12. 前記筐体は内面を有し、前記クランプオン式超音波流量計は筐体挿入物をさらに備え、前記筐体挿入物の第１面は、前記第１面から離れる方向に延在する少なくとも１つの突起部を有し、前記筐体挿入物は、前記筐体挿入物の第２面が前記筐体の平坦な前記内面と直に接するように前記筐体内に配置される、
    請求項６から１０のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
13. 前記結合要素は、前記クランプオン式超音波流量計の動作温度で屈曲性を呈する材料を含む、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
14. 前記結合要素は、前記クランプオン式超音波流量計の動作温度で屈曲性を呈さない材料を含む、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
15. 前記結合要素は、熱硬化性プラスチックを含む、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量計を備えるエネルギーメータ。
17. 少なくとも１つの温度プローブをさらに備える、
    請求項１６に記載のエネルギーメータ。
18. 超音波トランスデューサを製造するための方法であって、
    金型を提供する段階と、
    結合要素を形成するよう、前記金型に成形可能材料または変形可能要素を配置する段階と
    を備える
    方法。
19. 前記結合要素上に能動要素を配置する段階
    をさらに備える
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記金型は筐体である、
    請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記金型に前記成形可能材料を配置する前記段階は、前記成形可能材料を射出する段階を有する、
    請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記金型に前記成形可能材料を配置する前記段階は、前記成形可能材料を注ぐ段階を有する、
    請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記成形可能材料を凝固または硬化させる段階
    をさらに備える
    請求項１８から２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記成形可能材料および／または前記金型に熱を加える段階
    をさらに備える
    請求項１８から２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記金型から前記結合要素を取り出す段階
    をさらに備える
    請求項１８から２４のいずれか一項に記載の方法。

Images