JP2020109361A - クランプオン型超音波式気体流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】迷信号を減衰あるいは吸収する構造を組み込むことにより、一体型でありながらLamb波等の配管に励起される固有振動モードを使って気体の流量計測を実現する。【解決手段】ダンピング部材は、配管にLamb波を生成する第２の面を備えた第１くさび部材、第２のくさび部材の近傍に配置されている。また、第２の面で反射した迷信号を減衰させるための第１、第２の減衰吸収部材が、それぞれ、第１、第２のくさび部材に隣接して配置されている。【選択図】図16

Description

本発明は、クランプオン式超音波式流量計に関し、より詳しくは、配管にLamb波等の配管に励起される固有振動モードを発生させて配管を流れる気体の流量を計測する気体流量計に関する。

配管の中を流れる液体又は気体の流速・流量を計測するのに超音波を使った計測機器が知られている。この種の計測機器は「超音波式流量計」と呼ばれている。

超音波式流量計の原理は、基本的には、配管の中を流れる流体（測定対象流体）に対して、流体流れ方向に伝播する往路伝播時間と、流体流れ方向に逆らう方向に伝播する復路伝播時間との間に時間差が生じることを利用している。超音波式流量計は、この時間差に基づいて流体の流量を計測する。

特許文献１は、気体を測定対象とした超音波式流量計において、配管材料を媒体として配管の軸線と平行な方向に伝播する表面波を発生させ、この表面波によって配管を振動させる気体流量計を開示している。この特許文献１に開示の流量計は、透過型と呼ばれる流量計であり、また、配管の外壁に後付けで脱着自在に設置されるクランプオン式の流量計である。更に、この流量計は、第１、第２の超音波素子が物理的に分かれた分離型である。流量計を配管に設置するには、配管の第１の母線上に第１の超音波素子が位置決めされ、この第１の母線に対して配管の径方向に互いに対向した第２の母線上に第２の超音波素子が位置決めされる。つまり、特許文献１に開示の超音波式流量計のような分離型の流量計は、第１の超音波素子と、第２の超音波素子との相対的な位置決めが容易でない。加えて、長期間の使用に伴って第１の超音波素子と第２の超音波素子との相対的な位置関係に狂いが出ると測定精度に大きな影響がでるという問題を有している。

特許文献２は、反射型のクランプオン型流量計を開示している。このクランプオン型流量計は、共通の筐体の中に第１、第２の超音波素子が固定的に配置された一体型である。流量計を配管に取り付けるだけで、第１、第２の超音波素子は、配管の共通の母線上において配管の軸線方向に所定距離離間した状態で位置決めされる。この種の一体型流量計は、長期に使用しても第１、第２の超音波素子の離間距離に狂いが発生しない堅牢性を備えているという利点がある。

特開昭６２−３８３５５号公報（パナメトリクス） 特開２０１６−２１７７３３号公報（キーエンス）

特許文献２に開示のような一体型流量計は、筐体内部に発生する迷信号がノイズになるという問題を有し、このことから液体の流量計測には適用できるものの気体への適用は困難である、と考えられていた。すなわち、計測対象が気体の場合、液体の場合に比べて配管との音響インピーダンスの差が大きいため、信号成分は液体の場合に比べて極めてレベルでしか得られないという問題があり、この問題に伴って、迷信号が第１、第２の超音波素子６、８に悪影響を及ぼす。

本発明は、迷信号を減衰あるいは吸収する構造を組み込むことにより、一体型でありながらLamb波等の配管に励起される固有振動モードを使って気体の流量計測を実現できるクランプオン式超音波気体流量計を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
配管の外壁に対し着脱自在に取り付けられ、該配管を流れる気体の流量を測定するクランプオン式超音波気体流量計において、
筐体と、
該筐体に収容され、前記配管の母線上において、該配管の軸線の方向に離間して配置される第１、第２の超音波素子と、
前記第１の超音波素子と前記配管との間に介装され、該第１の超音波素子に隣接した第１の面と、前記配管に隣接し、前記配管に向けて出射される超音波によって前記配管にLamb波を生成する第２の面と、前記第２の超音波素子に対向する第３の面とを含む第１くさび部材と、
前記第２の超音波素子と前記配管との間に介装され、該第２の超音波素子に隣接した第１の面と、前記配管に隣接し、前記配管に向けて出射される超音波によって前記配管にLamb波を生成する第２の面と、前記第１の超音波素子に対向する第３の面とを含む第２くさび部材と、
前記第１、第２のくさび部材の近傍に配置され、前記配管の外壁に取り付けられたダンピング部材と、
前記第１のくさび部材の前記第３の面に隣接して配置され、該第１のくさび部材の前記第２の面で反射した迷信号を減衰させるための第１の減衰吸収部材と、
前記第２のくさび部材の前記第３の面に隣接して配置され、該第２のくさび部材の前記第２の面で反射した迷信号を減衰させるための第２の減衰吸収部材とを備えるクランプオン式超音波気体流量計を提供することにより達成できる。

本発明によれば、多面的に迷信号を吸収又は減衰させる構成を組み込むことにより、一体型の利点を維持しながらLamb波を使った気体流量の計測を実現できる。すなわち、先ず、配管に設置されるダンピング部材によって迷信号を吸収又は減衰させる。また、くさび部材の内部、特に配管に隣接する第２の面で反射する超音波を減衰させる。くさび部材から出た迷信号を、減衰吸収部材によって吸収又は減衰させる。これらの相乗効果により、一体型でありながら、筐体内での迷信号による悪影響を低減することにより、Lamb波を使った気体流量の計測を実現できたことから本発明を提案するものである。

本発明の作用効果及び他の目的は、図面を参照した、本発明の好ましい実施の形態の説明から明らかになろう。

実施例のクランプオン式超音波気体流量計の斜視図である。 図１に図示の気体流量計の断面図である。 実施例の気体流量計の主要部を模式的に表した図であり、Lamb波を使って気体流量を計測する原理を説明するための図である。 センサ本体の機能ブロック図である。 実施例に含まれるセンサ本体を配管に設置するに先立って、ダンピング部材を配管に配置することを説明するための図である。 配管に配置したダンピング部材を固定するためのダンピング取付具を説明するための図である。 ダンピング取付具の一部を拡大して示す図である。 ダンピング部材をダンピング取付具で固定した後に配管に第１、第２のブラケットを固定することを説明するための図である。 配管に取り付けた第１ブラケットの位置決め構造を説明するための部分拡大図である。 配管に取り付けた第１、第２ブラケットの縦断面図であり、ダンピング取付具の増し締めを説明するための図である。 配管に取り付けた第１、第２ブラケットの斜視図であり、図１とは反対側から見た図である。 センサ本体を斜め上方から見た斜視図である。 センサ本体を斜め下方から見た斜視図であり、第１、第２のカプラントの周囲に樹脂カバーを配置した状態を説明するための図である。 センサ本体を斜め下方から見た斜視図であり、センサ本体の底面の一部を構成する金属製シールド板を配置した状態を説明するための図である。 センサ本体の上部を横断する方向に切断した断面図である。 図２の第１くさび部材及びその周囲を抽出して拡大した図である。 筐体の樹脂で構成された主体部分の変形例を説明するための図である。 筐体の主体部分の変形例を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は、気体が流れる金属配管Ｐに設置した実施例のクランプオン式超音波気体流量計２の斜視図であり、図２は断面図である。

実施例の流量計２は、特に限定されないが圧縮空気、窒素ガスの流量測定に好適に適用されるように設計されている。圧縮空気を例に説明すれば、工場内において圧縮空気を作動源とする作動機器に対して、コンプレッサで圧縮された空気を貯蔵するタンクから各作動機器に供給する配管Ｐに流量計２が後付けで設置される。

流量計２は、円筒状の配管Ｐの外壁に脱着自在に設置されるセンサ本体４を有する。このセンサ本体４は、超音波を送受信する第１、第２の超音波素子６、８を内蔵している（図２）。すなわち、第１、第２の超音波素子６、８は共通の筐体１０に内蔵された一体型である。第１、第２の超音波素子６、８は典型的には圧電素子で構成される。

クランプオン式超音波式流量計２は、第１、第２の超音波素子６、８が、配管Ｐの母線上において、配管Ｐの軸線Ａxの方向に離間して配置される。すなわち、流量計２は、いわゆるＶ配置方式あるいは反射配置のクランプオン型流量計である。流量計２は、配管Ｐの管壁において、Lamb波のような板波つまり配管壁の固有振動モードを生成して、配管Ｐを流れる気体の流量を計測する。

センサ本体４は、第１超音波素子６に隣接した第１くさび部材１２を含み、また、第２超音波素子８に隣接した第２くさび部材１４を含んでいる。これら第１、第２のくさび部材１２、１４は、対応する超音波素子６、８からの超音波信号を伝搬する伝搬路を形成する。また、センサ本体４は、第１、第２のくさび部材１２、１４に、夫々、隣接して、第１、第２のカプラント１６、１８を好ましくは含み、この第１、第２のカプラント１６、１８は、配管Ｐに対する接触部を構成している。設置作業性を向上する上で、好ましくは、第１、第２のカプラント１６、１８を固体のカプラントで構成するのが良く、グリスを使用しないで配管Ｐと接触させるのがよい。つまり第１、第２のカプラント１６、１８はグリスレスのカプラントで構成するのがよい。

図中、参照符号２０はダンピング部材を示す。ダンピング部材２０は、適度な可撓性を備え且つ、好ましくは、所定の厚みを有するシート状の成形品である。ダンピング部材２０は粘弾性を有し、また、金属製の配管Ｐに対して密着性と剥離性を有しているのが好ましい。ダンピング部材２０は、作業者が手でなぞることで配管Ｐの周囲に沿って容易に変形可能である。

具体的には、ダンピング部材２０は、典型的には均一な肉厚のシート状に成形された成形品で構成される。ダンピング部材２０は架橋ゴム、例えばブチルゴム（イソブチエン・イソプレンゴム（IIR））、エチレン（エチレン-プロピレンゴム（EＰDM））、ニトリルゴム（NBR）（アクリロニトリル・ブタジエンゴム（BR））、フッ素ゴム（ＦKM）、エピクロルヒドリンゴム（ECO）、ノルボルネンゴム（NOR）等の架橋ゴムを主体に作られている。

架橋ゴムは一般的に粘着性を有していない。ダンピング部材２０に適度な粘着性を付与させるには増粘剤を適度に添加すればよい。ここに、「適度な粘着性」とは、剥離性を含めて粘着性を調整することを意味している。「適度な粘着性」について更に具体的に説明すると、ダンピング部材２０を配管Ｐから剥離させたときに、ダンピング部材２０が破断しないで且つ配管Ｐにゴム成分が残留しないのは勿論であるが、設置作業性の容易さを念頭に置いたときには、例えば付箋紙のような粘着性及び剥離性が好ましい。ダンピング取付具２２によりダンピング部材２０は押圧された状態で維持されることで、付箋紙のような微粘着性であったとしても配管Ｐに対して密着性を確保することができ、ダンピング部材２０が有する粘弾性の特性による十分なダンピング効果を発揮させることができる。添加可能な増粘剤として、クマロンインデン樹脂、アルキルフェノール樹脂、テンペンフェノール、ロジンを例示的に挙げることができる。

ダンピング部材２０において粘弾性はダンピング効果に関係し、基本的に損失正接の数値が大きいほどダンピング性能は高い。このことから、ダンピング部材２０の損失正接は0.5以上であるのが良く、好ましくは1.0以上であるのが良い。

ダンピング部材２０は、センサ本体４に隣接して配置され、配管Ｐに接した状態で且つ配管Ｐの周囲を取り囲むようにして配置されている。そして、ダンピング部材２０は、その外周を包囲するダンピング取付具２２によって配管Ｐに固定され、また、ダンピング取付具２２によって配管Ｐに対して押圧されている。すなわち、ダンピング取付具２２は、ダンピング部材２０に対する保圧機能を維持し続ける。

図示の配管Ｐは、具体的には、例えば約25mmないし約230mmの外径の金属配管（典型的には鉄製又はステンレス鋼製の配管）である。

センサ本体４に内蔵される第１、第２の超音波素子６、８は、配管Ｐの軸線Ａxの方向に例えば１〜１５cm、好ましくは２〜６cmの離間距離に固定的に設定されている。好適には、離間距離が異なる複数の形式を用意し、ユーザが組み付ける配管Ｐの外径あるいは配管Ｐの管壁厚に対応した形式の流量計２を選択できるようにするのが良い。

図２に開示の具体的な構造を模式的に図示したのが図３である。図３を参照して、ダンピング部材２０及びダンピング取付具２２は、夫々、第１、第２のくさび部材１２、１４及びこれに隣接した第１、第２のカプラント１６、１８を受け入れる矩形の窓２４、２６を有し、この矩形の窓２４、２６を通じて第１、第２のくさび部材１２、１４の一部及び第１、第２のカプラント１６、１８は配管Ｐに直接的に接することができる。すなわち、この第１、第２のカプラント１６、１８はグリス無しに配管Ｐと接しているが、第１、第２のカプラント１６、１８と配管Ｐとの間にグリスを介在させてもよい。

非対称モードA0モードは、他のモードだけでなく、縦波、横波、表面波よりも位相速度が遅くなるｆ・ｄ値の領域が存在するため、入射角θを配管Ｐの管壁における表面波Ｒの臨界角より大きくすることで実質的に非対称モードA0モードのみを励起することができる。

図４を参照して、第１、第２のくさび部材１２、１４は、超音波信号として縦波Ｌｇwを伝播する。第１、第２のくさび部材１２、１４と配管Ｐの管壁における非対称モードA0モードの広義のLamb波ＬＷは、配管Ｐの外壁において相互に励起し、縦波およびLamb波は超音波信号として伝搬する。

第１、第２のくさび部材１２、１４の材質により、第１、第２のくさび部材１２、１４中を伝播する縦波Ｌｇwの音速は異なる。第１、第２のくさび部材１２、１４の材質として、減衰率が高いポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）を選択するのが好ましい。ＰＰＳＵは含水率が低いという特徴を有し、このことから音波が遅く進むため、位相速度が遅い領域においてLamb波ＬＷを励起するのに適している。勿論、この目的に適合するように適当な添加剤を加えた樹脂（例えばＰＰＳ樹脂）で第１、第２のくさび部材１２、１４を構成してもよい。添加剤としては、第１、第２のくさび部材１２、１４の減衰率を高めるのにエラストマ樹脂が好適である。

第１、第２のくさび部材１２、１４を伝播する縦波Ｌｇwは、配管Ｐに対する入射角を大きくすることにより位相速度の遅い信号にモード変換される。ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）中を伝播する縦波Ｌｇwの音速は遅いので、位相速度の遅い非対称モードA0モードの広義のLamb波ＬＷを励起するのに好適である。

対象とする配管Ｐの管壁の材質、管壁の厚み（壁厚）ｄ、超音波式流量計の超音波信号の周波数ｆ、励起される広義のLamb波ＬＷのモードに基づいて管壁中を伝播する超音波の位相速度CＰ（Lamb波の位相速度）が決まる。対象とする配管Ｐの管壁の材質が決定されれば、配管Ｐの壁厚と超音波信号の周波数との積であるf・d値に対するLamb波の各モードの位相速度は概ね決まる。

前述した図４を参照して、センサ本体４は、制御部３０を含んでおり、制御部３０はＣＰＵで構成されている。制御部３０は、第１、第２超音波素子６、８の照射を制御する照射制御部３２を含み、この照射制御部３２によって素子駆動回路３４が制御され、素子駆動回路３４からの出力は切替回路３６を経由して、順次、第１、第２の超音波素子６、８に供給される。切替回路３６は、制御部３０によって照射制御部３２による制御と同期して切替制御される。

各超音波素子６、８からの出力は上記切替回路３６を経由して受信回路３８に供給され、受信回路３８で受け取ったアナログ信号はA/D変換器４０でデジタル信号に変換されて制御部３０に入力される。制御部３０は、伝播時間差決定部４２を含んでおり、伝播時間差決定部４２によって求められた伝播時間差Δｔに基づいて流量算出部４４において配管Ｐを流れる気体の流量が演算される。

流量算出部４４での演算に必要とされる情報はメモリ４６に記憶されている。メモリ４６には、通信部又は信号入力部４８を通じて外部から気体情報５０を含む情報が入力される。これにより、外部から受け付けた気体に関する情報に基づいて測定対象の気体中を伝播する超音波信号の音速を決定し、そして、決定された測定対象の気体中を伝播する超音波信号の音速Cfに基づいて前記気体の流量を算出することができる。

メモリ４６に記憶される情報としては、例えば、配管に関する情報５２、しきい値５４などの他に、超音波信号の周波数ｆおよび管壁の厚み（管壁厚）ｄとLamb波の位相速度との対応関係を挙げることができる。この対応関係は、位相速度特性情報としてメモリ４６に記憶される。このメモリ４６に記憶された位相速度特性情報に基づいて気体の流量を算出することができる。

位相速度特性情報５６は、配管Ｐの管壁の材質により異なるため、各材質に対応した位相速度特性情報５６をメモリ４６に記憶するようにしておくのがよい。この位相速度特性情報に基づいて気体の流量を算出することができる。

ここで、流量計２（センサ本体４）において、流量を算出する際に、位相速度特性情報５６を用いることについて説明する。伝播時間差を決定するために、第１超音波素子６を送信器とし、第２の超音波素子８を受信器とする往路送信状態と、第２の超音波素子８を送信器とし、第１超音波素子６を受信器とする復路送信状態との各々で超音波信号の送受信を行う。そして、受信された各々の超音波信号に基づいて、上記電波時間差決定部４２にて伝搬時間差Δｔを決定し、決定された伝搬時間差Δｔに基づいて流量算出部４４において測定対象気体の流量が算出される。

上述した受信回路３８などについて詳しく説明すると、送信側の第１又は第２の超音波素子６（８）から出射した超音波信号を受信側の他方の超音波素子８（６）で受信し、受信した超音波信号は電気信号として受信回路３８に送られる。受信回路３８は、電気信号を増幅し、増幅された電気信号は、受信回路に接続されたA/D変換器４０に送られる。A/D変換器４０は、超音波信号に相当する電気信号をデジタル信号に変換する。超音波信号は、デジタルの波形信号として制御部３０に取り込まれ、伝播時間差決定部４２において、往路送信状態で得られた超音波信号と、復路送信状態で得られた超音波信号とに基づいて伝搬時間差Δｔが決定される。

往路送信状態において、切替回路３６は、素子駆動回路３４と第１超音波素子６を接続し、また、第２超音波素子８と受信回路とを接続する。これにより、往路送信状態において、第１超音波素子６が送信器とし機能し、第２の超音波素子８を受信器として機能する。

同様に、復路送信状態において、切替回路３６は、素子駆動回路３４と第２超音波素子８を接続し、また、第１超音波素子６と受信回路とを接続する。これにより、復路送信状態において、第２の超音波素子８が送信器とし機能し、第１超音波素子６を受信器として機能する。

要するに、特定のLamb波を優位に励起して、影響を与える他のモードを有意に励起しないため、超音波素子の間隔を空けなかったとしても特定のLamb波モードを選択的に取得でき、また、その特定のLamb波に対応した位相速度特性情報に基づいて流量が算出されるため、流量測定精度を高いレベルに維持できる。

算出される流量は、瞬時流量であってもよく、積算流量であってもよい。また、操作部を介して受け付けたしきい値に基づき、流量としきい値とを比較し、比較結果に対応するオンオフ信号を生成するようにしてもよい。

流量算出部４４で算出された流量は、表示部６０で数値表示され、出力部６２からアナログ信号またはパルス信号として出力される。生成されたオン/オフ信号は、表示部６０で点灯表示され、出力部６２からオン/オフ信号として出力される。

クランプオン式超音波気体流量計２は、前述したように、第１、第２の超音波素子６、８が共通の筐体１０の中に固定的に配置されており、送信側の超音波素子６（８）が超音波を発信するのに付随して迷信号が受信側の超音波素子８（６）に影響を及ぼす可能性がある。計測対象が気体の場合、液体の場合に比べて金属配管Ｐとの音響インピーダンスの差が大きく、信号成分は液体の場合の1/10,000というレベルでしか得られない。従って、迷信号が第１、第２の超音波素子６、８に悪影響を及ぼさないようにする対策、つまり筐体１０内での迷信号による悪影響の除去が必須となる。加えて、前述したLamb波を励起するには超音波の周波数が比較的低周波数（例えば１MHｚ以下）であることが求められ、波長が長いため減衰し難いという点を念頭においた対策が必要となる。

図５は、金属配管Ｐの回りに配置されたダンピング部材２０を示す。ダンピング部材２０は、配管Ｐの軸線Ａx方向に離間した複数の前述した矩形の窓２４を有し、この複数の窓２４のうち、２つの窓２４aは第１、第２カプラント１６、１８に対応している。その外側に位置する窓２４bはセンサ本体４の一部を配管Ｐに当接させるための窓である。これら複数の窓２４は空所で構成されている。

ダンピング部材２０は、その外周を包囲するダンピング取付具２２によって常時径方向内方に力が加えらる。この状態を図６に示す。ダンピング取付具２２は、一枚の板金で金属配管Ｐの周囲を包囲する本体２２aと、円周方向両端に位置する一対のフランジ２２bとを有しており、この一対のフランジ２２b同士は締付ネジ７０で固定されると共に締付ネジ７０の締付状態を調整することによりダンピング取付具２２の直径を調整して、ダンピング部材２０の締付度合いを調整することができる。

ダンピング取付具２２は、配管Ｐの軸線Ａx方向に離間した複数の前述した矩形の窓２６を有し、この複数の窓２６のうち、２つの窓２６aは第１、第２カプラント１６、１８に対応している。その外側に位置する窓２６bはセンサ本体４の一部を配管Ｐに当接させるための窓である。これら複数の窓２６は空所で構成されている。各矩形の窓２６には、周方向に対向する側縁に沿って軸線方向Ａxに方向に伸びる一対の切り起こし部７２を有し、各切り起こし部７２は途中で反転した立体形状を有している。ダンピング取付具２２を締め付けることに伴って、窓２６の周囲部分が浮き上がってしまう可能性がある。この浮き上がりを切り起こし部７２の立体形状によって阻止することができる。

センサ本体４の一部を受け入れる一対の窓２４bの切り起こし部７２には、各々、切り欠き７２aが形成されている（図７）。この一対の切り欠き７２aによって、図９から理解できるように、金属製の第１ブラケット８０の一部８０aが受け入れられ、これにより第１ブラケット８０が位置決めされる。

図８、図１０を参照して、センサ本体４は、配管Ｐの径方向に互いに対向して位置する第１、第２のブラケット８０、８２を用いて位置決めされ且つ配管Ｐに対して固定される。第１、第２のブラケット８０、８２は共に金属製である。この第１、第２の金属製ブラケット８０、８２はその四隅に位置する金属ボルト８４によって互いに締結される。なお、作図上の理由により２本の金属ボルト８４だけが図示されている。

図８を参照して、参照符号８６は、第１、第２のブラケット８０、８２との間に形成された作業窓を示す。この作業窓８６の部分を通る切断線で切断した断面を図１０に示す。図１０を参照して、作業窓８６を通じて工具９０を挿入することでダンピング取付具２２（ネジ７０、図６）を増し締めすることができる。図９に示す参照符号８０bは第１ブラケット８０に形成された空所を示す。この空所８０bにセンサ本体４の一部が受け入れられる（図２）。

図１２〜図１５はセンサ本体４に関する図面である。図１２は、センサ本体４を斜め上から見た斜視図である。図１３は、センサ本体４を斜め下から見た図であり、第１、第２のカプラント１６、１８の両側部に樹脂カバー９０を設置した状態を示す。図１４は、図１３と同様に、センサ本体４を斜め下から見た図であり、センサ本体４の底部を構成する金属製シールド板９２を設置した状態を示す。図１５は、センサ本体４の上部を横断した断面図である。

センサ本体４は、その筐体１０の主体部分１００が樹脂で構成され、そして、その上部が補強金属板１０２で覆われている。主体部分１００の樹脂の材質は、任意であるが、好ましくは音速が遅く且つ減衰性を有する樹脂、例えばＰＰS樹脂、ＰBT樹脂であるのがよい。また、樹脂に減衰性を高めることのできるフィラーを添加してもよい。主体部分１００を樹脂で構成することにより、これを金属で構成するのに比べて、筐体１０の中での迷信号の減衰効果を発揮させることができる。

センサ本体４は、図２を参照して、金属ボルト１１０を使って第１ブラケット８０に固定される。第１、第２のカプラント１６、１８は、固体カプラントであり、好ましくはグリス無しで配管Ｐに当接するため、この第１、第２カプラント１５，１８が配管Ｐに押し付けられた状態になるまで金属ボルト１１０でセンサ本体４を第１ブラケット８０に堅硬に締結する必要がある。この金属ボルト１１０を受ける部分が補強金属板１０２で構成されているため、筐体１０の剛性を確保することができる。勿論、第１、第２のカプラント１６、１８をグリスを介して配管Ｐと当接させてもよい。

引き続き図２を参照して、センサ本体４は回路基板１１２を有し、回路基板１１２は前述した素子駆動回路３４（図４）を含んでいる。この素子駆動回路３４は外部電源から絶縁された二次側電源により動作している。第１、第２の超音波素子６、８は金属製の素子ホルダ１１４によって固定されている。この素子ホルダ１１４は、前述した金属製シールド板９２（図１４）に締結されて電気的に導通関係が形成されている。素子ホルダ１１４と金属製シールド板９２が、低インピーダンスの電位、例えばグランド電位に接続されており、これにより、外来電気ノイズをシールドする機能を有している。

さらに、金属配管Ｐを低インピーダンスの電位に接続することで、外来電気ノイズをシールドする機能をさらに高めることができる。具体的には、図２を参照して、補強金属板１０２は、金属ボルト１１０及び金属製の第１ブラケット８０を通じて金属配管Ｐと電気的に導通関係が形成され、図１５を参照して、回路基板１１２は補強金属板１０２の部位１０２aで電気的に導通関係が形成されている。この部位１０２aには二次側電源の内部二次側グランド接続部１１６が設けられている。

すなわち、第１、第２の超音波素子６、８の周囲は、金属材料で構成されたシールド構造を有し、このシールド構造は外部である金属配管Ｐと電気的に導通関係が形成されている。なお、金属配管Ｐが、例えば塗装配管のように、配管表面が絶縁されている場合には、金属配管Ｐと電気的に導通関係が形成されることによる外来電気ノイズをシールドする機能は期待できないものの、金属製素子ホルダ１１４と金属製シールド板９２（図１４）が、低インピーダンスの電位、例えばグランド電位に接続されており、これにより、外来電気ノイズをシールドする機能を有しており、これにより外来電気ノイズの大半を無影響にすることができる。

筐体１０の内部に発生する超音波の迷信号は、金属製の第１、第２ブラケット８０、８２を経由した超音波ノイズとなる可能性がある。図１１を参照して第１ブラケット８０の四隅つまり金属ボルト８４の位置する部位には、押さえ金属板１２０によって保持されたダンピング部材１２２が配設されている。このダンピング部材１２２によって、第１ブラケット８０に直接的に接する金属ボルト８４を介して第２ブラケット８２及び配管Ｐに伝播する超音波の迷信号を減衰することができる。

図１６は、図２の第１くさび部材１２及びその周囲の部分を抽出して拡大した図である。第２くさび部材１４及びその周囲部分も図１６と実施的に同じである。第１くさび部材１２は、第１超音波素子６に対向する第１の面１２aと、配管Ｐに隣接した第２の面１２bと、第２超音波素子８に対向する第３の面１２cとを少なくとも含み、第３の面１２cは傾斜面で構成されている。この第１くさび部材１２の構成は第２くさび部材１２も同じである。第１くさび部材１２の周囲には、図１４を参照して前述したようにセンサ本体４の底面を構成する金属製シールド板９２が配置されている。この金属製シールド板９２は、第１くさび部材１２を保持する機能に加えて、外来電気ノイズをシールドする機能を有しており、内部二次側グランドに接続されている。

また、第１くさび部材１２と素子ホルダ１１４との間の空間には、高い減衰性を有する樹脂材料からなる充填材１３０が充填され、この充填材１３０は、少なくとも第１くさび部材１２の第３の面１２cに接触して位置している。充填材１３０の具体例として、アルミナフィラー入りシリコーン樹脂を挙げることができ、充填材１３０は、第１くさび部材１２の音響インピーダンスと近いシリコーン樹脂を用いることで、第１くさび部材１２の第３の面１２ｃにおいて、超音波をほぼ反射させることなく透過させることができ、アルミナフィラーにより超音波を減衰吸収させる。したがって、充填材１３０は、第２の面１２bで反射した超音波が第３の面１２cでほぼ反射することなく抜き出して、超音波の迷信号を減衰吸収する部材を構成する。

すなわち、充填剤１３０は、音響インピーダンスがくさび部材１２の材料に近接しているため、第１くさび部材１２の音波エネルギを積極的に充填剤１３０に取り込み且つこれを減衰及び吸収することができる。また、充填剤１３０の外周に空気で満たされた空気層１３２（図１６）を有していてもよい。この空気層１３２によって充填剤１３０と空気層１３２との間で超音波の迷信号が反射されて、充填材１３０内を再び通過するため、これにより、さらに、減衰及び吸収することができる。図１６に示す参照符号１３４は樹脂成型品を示す。この樹脂成型品１３４は例えばＰＰＳ樹脂で作られている。この成型品１３４を、樹脂性の主体部分１００における第２くさび部材１４との境に位置する部分との間に介在させることにより、くさび部材１２と主体部分１００とが音響的に結合するのを抑えることができる。樹脂成型品１３４と同じ目的で、別の樹脂材料を成形した第２の成型品１３６を追加してもよい。

図１７は、筐体１０の樹脂製の主体部分１００において、前記減衰吸収部材を構成する充填剤１３０に加えて、更に積極的に音響エネルギを遮断する空間１４０をくさび部材６（８）の回りに複数設ける例を示す。この複数の空気層を形成する遮断空間１４０をくさび部材６（８）の回りに設けることで、迷信号が伝播する経路を複雑にすることで減衰させることできる。また、遮断空間１４０で迷信号の反射回数を多くすることで、迷信号のエネルギを分散させ、これにより互いが干渉して減衰する効果がある。

図１８は変形例を示す。この変形例では、筐体２の主体部分１００を第１部分１００−１と第２部分１００―２とに分割し、この第１部分１００―１と第２部分１００−２とを間隔を隔てて連結固定具１４２に固定する構成が採用されている。連結固定具１４２は、金属板又は金属シャフトで構成することができる。この変形例によれば、第１部分１００−１と第２部分１００―２との間の隙間１４４によって、第１、第２のくさび部材１２、１４を音響的に断絶させることができる。

２ クランプオン式超音波気体流量計
Ｐ 円筒状の金属配管
Ａx 配管の軸線
４ センサ本体
６ 第１超音波素子
８ 第２超音波素子
１０ 筐体
１２ 第１くさび部材
１４ 第２くさび部材
１６ 第１カプラント
１８ 第２カプラント
２０ ダンピング部材
２２ ダンピング取付具
７０ ダンピング取付具の締付ネジ
８０ 第１ブラケット
８２ 第２ブラケット
８４ 第１、第２の固定具を締結するためのボルト
９２ 金属製シールド板
１００ センサ本体の筐体の主体部分
１０２ 補強金属板
１１０ センサ本体を固定する金属ボルト
１１２ 回路基板
１１４ 素子ホルダ
１１６ 内部二次側グランド接続部１１６
１３０ 樹脂部材（減衰吸収部材）
１３２ 空気で満たされた空間
１３４ 樹脂成型品
１４０ 遮断空間（空気層）

Claims (8)

1. 配管の外壁に対し着脱自在に取り付けられ、該配管を流れる気体の流量を測定するクランプオン式超音波気体流量計において、
   筐体と、
   該筐体に収容され、前記配管の母線上において、該配管の軸線の方向に離間して配置される第１、第２の超音波素子と、
   前記第１の超音波素子と前記配管との間に介装され、該第１の超音波素子に隣接した第１の面と、前記配管に隣接し、前記配管に向けて出射される超音波によって前記配管にLamb波を生成する第２の面と、前記第２の超音波素子に対向する第３の面とを含む第１くさび部材と、
   前記第２の超音波素子と前記配管との間に介装され、該第２の超音波素子に隣接した第１の面と、前記配管に隣接し、前記配管に向けて出射される超音波によって前記配管にLamb波を生成する第２の面と、前記第１の超音波素子に対向する第３の面とを含む第２くさび部材と、
   前記第１、第２のくさび部材の近傍に配置され、前記配管の外壁に取り付けられたダンピング部材と、
   前記第１のくさび部材の前記第３の面に隣接して配置され、該第１のくさび部材の前記第２の面で反射した迷信号を減衰させるための第１の減衰吸収部材と、
   前記第２のくさび部材の前記第３の面に隣接して配置され、該第２のくさび部材の前記第２の面で反射した迷信号を減衰させるための第２の減衰吸収部材とを備えるクランプオン式超音波気体流量計。
2. 前記第１、第２減衰吸収部材の回りに空気層を更に有する、請求項１に記載のクランプオン式超音波気体流量計。
3. 前記第１、第２のくさび部材が、音速が遅く且つ減衰率の高い樹脂で構成され、
   前記筐体が、音速が遅く且つ減衰性を有する樹脂で構成されている、請求項１又は２に記載のクランプオン式超音波気体流量計。
4. 第１、第２の超音波素子の周囲には、金属材料で構成されたシールド構造を有し、該シールド構造は外部と電気的に導通関係が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波気体流量計。
5. 前記第１、第２のくさび部材と前記配管との間に介装された第１、第２の固体カプラントを更に有し、
   前記筐体は補強用の金属板を更に有する、請求項３に記載のクランプオン式超音波気体流量計。
6. 前記筐体の樹脂に、減衰性を高めるためのフィラーが添加されている、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気体流量計。
7. 前記第１、第２の減衰吸収部材が、フィラーを含む樹脂で構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波気体流量計。
8. 前記ダンピング部材を前記配管に圧接させるためのダンピング取付具を更に有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波気体流量計。