JP2022068854A - 計測装置及びプローブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物の振動強度及び表面温度をより精度良く検出することを可能としながら、計測用プローブのコンパクト化に寄与し得る計測装置を提供する。
【解決手段】計測装置１は、本体部２と計測用プローブ４とを備える。計測用プローブ４は、計測対象物の振動の強度を検出するための振動プローブ５と、計測対象物の表面温度を検出するための温度プローブ６と、を備える。振動プローブ５は、筒状の振動入力部２２を先端に備えた振動プローブ本体２０と、振動入力部２２に入力される振動強度に応じた信号を出力する振動センサ２６とを含む。温度プローブ６は、振動プローブ５の振動入力部２２の内側に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気や復水が流れるスチームトラップや配管等の計測対象物に計測用プローブを押し当てて計測対象物の振動の強度および表面温度を同時に検出する計測装置に関する。

蒸気が流通する配管設備から復水（ドレン）のみを排出する用途に用いられるスチームトラップが知られている。また、当該スチームトラップの振動の強度及び表面温度を計測し、それらの相互関係から蒸気漏れの有無を診断することが行われている。上記計測装置は、このような診断に際して、スチームトラップの振動の強度及び表面温度を計測する際に用いられる。

上記計測装置の一例として、例えば特許文献１に開示されるような計測装置（接触型検査器）が公知である。この計測装置は、計測対象物の振動の強度を検出する振動検出針と、この振動検出針が挿通される円環状の熱電対とを備えている。計測時には、振動検出針の先端と熱電対の接触面（計測対象物側の平面）の双方を計測対象物に接触させる。これにより計測対象物の振動強度と表面温度とを同時に検出することができる。

なお、特許文献１に明示的な記載は見られないが、前記熱電対は、具体的には、図８に示すような構成を有すると推測される。すなわち、熱電対１００は、互いに異なる材質の金属線からなる二本の熱電対素線１１２、１１３を有し、これら熱電対素線１１２、１１３の各々一端が、開口部１１０ａを中心に備えた円環状の金属板１１０の両端（径方向の両端）に接続され、各熱電対素線１１２、１１３の各々他端が温度検出用の電気回路等に接続されていると推測される。

特開２０１７－２１５２６７号公報

スチームトラップの蒸気漏れのように、その振動強度と表面温度との相互関係から蒸気漏れを診断するような場合には、振動検出針の軸心上で計測対象物の表面温度を計測するのが精度上、理想的と考えられる。しかし、上記の通り、従来の計測装置は、振動検出針１２０の周囲に熱電対１００（金属板１１０）が配置される構成であり、振動検出針１２０の軸心上で表面温度を検出することは困難である。

また、金属板１１０は、熱電対１００を構成する閉回路中に介在する中間金属と言うことができる。この場合、金属板１１０における各熱電対素線１１２、１１３の接続位置Ｐ１、Ｐ２と前記接触面（計測対象物との接面）との間に温度差がなければ、熱電対の中間金属の法則により金属板１１０の存在は無視できる。しかし、各熱電対素線１１２、１１３の接続位置Ｐ１、Ｐ２と前記接触面との間には当然に温度差が生じるため、中間金属の法則は厳密には成立しないと考えられる。この場合、熱電対１００を構成する閉回路に流れる電流値は、中間金属（金属板１１０）の影響を受けることとなるため、従来の計測装置では、計測対象物の温度を正確に検出することは難しいと考えられる。

また、振動検出針１２０及び熱電対１００、すなわち計測用プローブは、配管設備等における狭所での作業性を考慮するとコンパクト（細径）であるのが望ましい。しかし、振動検出針１２０の周囲に金属板１１０（熱電対１００）が配置される上記従来の計測装置では、必要強度を確保すべく寸法設定された振動検出針１２０を設けた上で、さらにその周囲に金属板１１０を設ける必要があるため計測用プローブのコンパクト化（細径化）が難しい。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、計測対象物の振動強度及び表面温度をより精度良く検出することを可能としながら、計測用プローブのコンパクト化に寄与し得る計測装置を提供することを目的とする。

従来の計測装置は、上記の通り、振動検出針を中心としてその周囲に熱電対が配置されている。これは、従来から、振動強度の正確な検出には中実の振動検出針を用いるのが設計上の常識とされてきたことによる。本願の出願人は、この点に着目して鋭意検討を重ねた結果、筒状の部分を有する振動検出針によっても中実の振動検出針と遜色なく振動強度の検出が可能で、さらに、材質に応じた適切な形状選定を行うことで、所望の共振周波数を達成しながら細径化が可能との知見を得た。そして、上記課題に鑑み、次のような計測装置を発明するに至った。

すなわち、本発明の一の局面に係る計測装置は、計測用プローブを備え、当該計測用プローブを計測対象物に押し当ててその状態を検出する計測装置であって、前記計測用プローブは、前記計測対象物の振動の強度を検出するための振動プローブと、前記計測対象物の表面温度を検出するための温度プローブと、を備え、前記振動プローブは、筒状の振動入力部を先端に備えた振動プローブ本体と、前記振動入力部に入力される振動の強度に応じた信号を出力する振動センサとを含み、前記温度プローブは、前記振動プローブ本体の振動入力部の内側に配置されているものである。

この計測装置によれば、計測用プローブの先端を計測対象物の表面に押し付けることにより、当該計測対象物の振動の強度と表面温度とを同時に検出することが可能となる。しかも、上記計測装置によれば、振動プローブの振動入力部が筒状に形成され、この振動入力部の内側に温度プローブが配置されるため、振動プローブ（振動入力部）の軸心上で計測対象物の表面温度を検出することが可能となる。また、温度プローブが例えば熱電対を備える場合には、熱電対を構成する二本の熱電対素線の先端を振動入力部の内側の空間で直接接合して当該接合部分を測温接点とすることができる。そのため、上記計測装置によれば、従来のような金属板（「中間金属の法則」に則しない金属）を温度プローブに設ける必要がなく、これにより当該金属板による検出温度への影響を排除できる分、検出温度の信頼性が向上する。

また、振動プローブの周囲に上記金属板を備える必要が無くなる分、計測用プローブの細径化に寄与するものとなる。従って、上記計測装置によれば、計測対象物の振動強度及び表面温度をより精度良く検出することを可能としながら、計測用プローブのコンパクト化に寄与し得る計測装置を提供できると言える。

上記計測装置において、前記温度プローブは、前記振動入力部に非接触の状態で当該振動入力部の内側に配置されているのが好適である。

この構成によれば、振動入力部に入力される振動を、温度プローブを経由することなく振動センサに伝達させることが可能となる。そのため、振動入力部の内側に温度プローブを配置しながらも、計測対象物の振動強度を、温度プローブの影響を殆ど受けることなく精度良く検出することが可能となる。

この場合、例えば、前記振動プローブ本体は、前記振動入力部と、その基端部に繋がる台座部とを含み、前記振動センサは、前記台座部における反振動入力部側の位置に固定され、前記温度プローブは、前記振動入力部の内側で前記台座部に支持されている。

このような構成を採用することにより、振動入力部に非接触の状態で当該振動入力部の内側に温度プローブを配置することが可能となる。

この場合にはさらに、前記振動入力部は、軸方向にらせん状に延在する第１ねじ部を備えた金属製パイプからなり、前記台座部は、第１ねじ部が螺合可能な第２ねじ部と、当該第２ねじ部が延在する方向と交差する面からなる当接面とを備え、前記第１ねじ部が前記第２ねじ部に螺合され、かつ前記振動入力部の末端が前記当接面に突き当てられた状態で、前記台座部に振動入力部が固定されているのが好適である。

この構成によれば、振動プローブ本体を振動入力部（金属製パイプ）と台座部とで構成しながらも、振動入力部の端面と台座部（当接面）とを難なく密接させた状態で組み立てることが可能となる。そのため、計測用プローブの組立性向上に寄与する。

なお、上記の通り、温度プローブは熱電対を備えるものであってもよい。但し、温度プローブは、サーミスタ等の熱電対以外の温度検出用のデバイスを備えるものであってもよい。

温度プローブが熱電対を備える場合、計測装置は、例えば次のような構成を有する。すなわち、前記温度プローブは、前記振動プローブの軸方向に延びる筒状のハウジングと、先端側に出没可能となるように前記ハウジング内に配置される金属製の接触板と、当該接触板を先端側に向かって弾性的に付勢する付勢部材と、をさらに含み、前記熱電対は、前記ハウジング内に配置されて互いに異なる材質の金属線から形成された第１、第２の熱電対素線を含み、かつこれら第１、第２の熱電対素線の先端が共に前記接触板の同じ位置に接合されることにより当該接触板により測温接点が形成されている。

この構成では、温度プローブの接触板を計測対象物に押し当てることで、当該計測対象物の表面温度を検出することが可能となる。この場合、接触板は付勢部材により弾性的に付勢されているため、接触板を計測対象物に押し当てると当該接触板が押し戻されて、付勢部材の弾発力によって接触板が計測対象物に押し当てられる。そのため、上記計測装置によれば、計測対象物に対して接触板（温度プローブ）を安定的に押し当てた状態で、計測対象物の表面温度を検出することが可能となる。

この場合、前記振動プローブ本体の振動入力部の先端と、前記温度プローブのハウジングの先端とが面一に設けられているのが好適である。

つまり、接触板は、振動プローブの振動入力部から先端側に突出した位置に配置される。この構成によれば、振動プローブの先端（振動入力部の先端）を計測対象物に押し当てると、これに伴い温度プローブの接触板が、付勢部材の付勢力に抗して突出位置から没入位置に押し戻される。そのため、振動プローブの先端を計測対象物に押し当てることで、温度プローブを自ずと計測対象物に押し当てることが可能となる。

なお、上記計測装置は、前記振動プローブにより検出される計測対象物の振動強度および前記温度プローブにより検出される計測対象物の表面温度を示す信号を無線又は有線で外部機器に送信可能な制御装置と、前記制御装置が収容されるケーシングと、をさらに備え、前記計測用プローブは、少なくとも前記振動入力部を前記ケーシングから突出させた状態で当該ケーシングに保持されているものであってもよい。

このような構成によれば、計測装置を携帯して計測対象物の振動強度および表面温度を計測しながら、その結果を当該計測対象物から離れた診断装置等の外部機器へ送信することが可能となる。

一方、本発明の一の局面に係るプローブユニットは、上記計測装置に用いられて前記プローブを構成するプローブユニットである。このプローブユニットは、計測対象物の振動の強度を検出するための振動プローブと、前記計測対象物の表面温度を検出するための温度プローブと、を備え、前記振動プローブは、筒状の振動入力部を先端に備えた振動プローブ本体と、前記振動入力部に入力される振動の強度に応じた信号を出力する振動センサとを含み、前記温度プローブは、前記振動プローブ本体の振動入力部の内側に配置されている。

このプローブユニットによれば、上記計測装置の生産性の向上に有用なものとなる。

この場合、例えば、前記振動プローブ本体は、前記振動入力部と、その基端部に繋がる台座部とを含み、前記振動センサは、前記台座部における反振動入力部側の位置に固定され、前記温度プローブは、前記振動入力部の内側で前記台座部に支持されている。

この構成によれば、振動入力部に非接触の状態で当該振動入力部の内側に温度プローブを配置することが可能となる。

この場合にはさらに、前記振動入力部は、軸方向にらせん状に延在する第１ねじ部を備えた金属製のパイプからなり、前記台座部は、第１ねじ部が螺合可能な第２ねじ部と、当該第２ねじ部が延在する方向と交差する面からなる当接面とを備え、前記第１ねじ部が前記第２ねじ部に螺合され、かつ前記振動入力部の末端が前記当接面に突き当てられた状態で、前記台座部に振動入力部が固定されているのが好適である。

この構成によれば、振動プローブ本体を振動入力部（金属製パイプ）と台座部とで構成しながらも、振動入力部の端面と台座部（当接面）とを難なく密接させた状態で組み立てることが可能となる。そのため、プローブユニットの組立性向上に寄与する。

以上説明した、本発明によれば、計測対象物の振動強度及び表面温度をより精度良く検出することを可能としながら、計測用プローブのコンパクト化に寄与し得る計測装置を提供することが可能となる。

本発明に係る計測装置の一例を示す正面図である。 計測用プローブ（第１実施形態）の断面図（図１のＩＩ－ＩＩ線断面図）である。 計測用プローブを先端側から見た図である。 温度プローブの配線構造を示すプローブの要部断面図（図２のＩＶ－ＩＶ線断面図）である。 計測時の状態を示す計測用プローブの断面図である。 計測用プローブ（第２実施形態）の断面図（図２に対応する断面図）である。 計測用プローブの要部分解斜視図である。 従来の計測装置における熱電対の構造を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

［計測装置の全体構成］
図１は、本発明に係る計測装置の一例を示す正面図である。同図に示す計測装置は、蒸気や復水（ドレン）が流れるスチームトラップや配管等の計測対象物の状態を検出し、その結果を図外の診断装置（本発明の「外部機器」の一例）に無線送信するものである。当例では、計測装置は、計測対象物の振動の強度及び表面温度を計測する。

なお、以下の計測装置１の説明で用いる方向や配置は、特に言及する場合を除き、図１に示す計測装置１の状態（姿勢）を基準とする。

図１に示すように、計測装置１は、上下方向に細長くかつ前後方向（紙面に直交する方向）に扁平な直方体状の本体部２と、本体部２の上端部から上向きに延びる棒状の計測用プローブ４とを備える。本体部２は、計測時に把持する部分であり、作業者は、本体部２を把持した状態で、計測用プローブ４の先端を計測対象物の表面に押し当てることで、計測対象物の振動の強度及び表面温度を計測することが可能となる。なお、本体部２は、以下に説明する通り、計測装置１における各種情報表示やコマンド入力等の操作を行う部分でもある。

本体部２は、その外郭を形成する、耐熱性プラスチック等からなるケーシング１０を有する。本体部２（すなわちケーシング１０）の前面には、操作部１１と表示部１２とが設けられている。表示部１２は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で構成されており、計測結果（振動強度、表面温度）や、当該計測結果に基づく診断装置の診断結果などの各種情報が表示される。

操作部１１は、表示部１２の下側に設けられている。操作部１１には、各々メンブレンスイッチやメカニカルスイッチにより構成される、複数の操作スイッチが設けられている。例えば計測装置１の電源のオンオフを行うための電源スイッチ１４ａ、データ表示の送り／戻しを行うためのスクロールスイッチ１４ｂ、及び各種コマンドを実行するための複
数のコマンドスイッチ１４ｃ等が設けられている。

なお、本体部２の内部には、コントローラ１６（本発明の「制御装置」に相当する）が備えられている。コントローラ１６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成されたマイクロプロセッサと、周辺回路とを備えて構成されている。コントローラ１６は、計測結果を表示部１２に表示させるとともに、当該計測結果を診断装置に無線送信する機能を有する。また、コントローラ１６は、診断装置から送信される診断結果を受信するとともに、当該診断結果を表示部１２に表示させる機能も有する。

［計測用プローブ（第１実施形態）の構成］
図２は、計測用プローブ４の断面図（図１のＩＩ－ＩＩ線断面図）であり、図３は、計測用プローブ４をその先端側から見た平面図であり、図４は、計測用プローブ４の要部（基端部）の断面図（図２のＩＶ－ＩＶ線断面図）である。図２、図４は、便宜上、計測用プローブ４を横向きに図示しており、同図では、左側が図１の上側（計測用プローブ４の先端側）である。後記図５も同様である。

計測用プローブ４は、計測対象物の振動の強度を計測するための振動プローブ５と、計測対象物の表面温度を計測するための温度プローブ６とを含む。振動プローブ５は、計測対象物からの振動が入力される振動プローブ本体２０と、振動プローブ本体２０に入力された振動の強度に応じた信号を出力する振動センサ２６とを含む。

振動プローブ本体２０は、上下方向（図２では左右方向）に延びる断面円環状の金属製パイプ、具体的にはステンレス製のパイプからなる振動入力部２２と、この振動入力部２２の下端部（基端部）に繋がる台座部２４とを含む。

台座部２４は、複数の異径部分が軸方向に並んだ金属製の段付き円柱体である。具体的には、台座部２４は、下側から順に大径部２４ａ、中径部２４ｂ及び小径部２４ｃの３つの異径部分を備える。台座部２４は、振動入力部２２と同じ金属材料（ステンレス）で構成されている。

振動入力部２２を構成する金属製パイプの内径は、台座部２４の中径部２４ｂの外径と同等、又はそれよりも若干大きく設定されている。当該パイプは、台座部２４の中径部２４ｂに外嵌され、大径部２４ａの上面に突き当てられた状態で、外側からボルトＢ２で台座部２４に固定されている。詳しくは、パイプの壁部に、その厚み方向に貫通する貫通孔が形成されるとともに、台座部２４の中径部２４ｂに、その径方向に延びるねじ孔が形成されている。そして、貫通孔を通じてパイプの外側からボルトＢ２が中径部２４ｂのねじ孔に螺合挿入されている。これにより、円筒状の振動入力部２２を先端に備えた前記振動プローブ本体２０が構成されている。

振動センサ２６は、圧電素子として圧電型セラミックが使用された圧電型加速度センサからなる。振動センサ２６は、図２に示すように、台座部２４の下面、すなわち台座部２４のうち反振動入力部２２側の位置に配置されている。振動センサ２６は、台座部２４の下面中央部に、下側からボルトＢ１で固定されている。これにより、振動プローブ本体２０が振動すると、その振動強度に対応した電気信号が図外の電線を通じて振動センサ２６から上記コントローラ１６に出力される。

温度プローブ６は、図２及び図３に示すように、振動プローブ本体２０における振動入力部２２の内側に配置されている。詳しくは、温度プローブ６は、振動入力部２２の中心部に、当該振動入力部２２の内周面に対して非接触の状態で配置されている。

温度プローブ６は、熱電対３２を備えて構成されている。具体的には、温度プローブ６は、振動入力部２２に沿ってその軸方向に延びる円筒状のハウジング３０と、出没可能となるように当該ハウジング３０の先端に配置される接触板３４と、ハウジング３０内に配置されて、接触板３４を先端側に向かって弾性的に付勢するコイルスプリング等の図外の付勢部材と、ハウジング３０の内側の空間に配置される前記熱電対３２と、ハウジング３０内で熱電対３２を保持するための部材等とを含む。ハウジング３０及び接触板３４は、同一の又は互いに異なる金属材料で構成されている。

ハウジング３０の内径は、振動プローブ本体２０における台座部２４の小径部２４ｃの外径と同等、又はそれよりも若干大きく設定されている。ハウジング３０は、台座部２４の小径部２４ｃに外嵌され、中径部２４ｂの上面に突き当てられた状態で、外側からボルトＢ３で台座部２４に固定されている。詳しくは、ハウジング３０の壁部に、その厚み方向に貫通する貫通孔が形成されるとともに、台座部２４の小径部２４ｃにその径方向に延びるねじ孔が形成されている。そして、貫通孔を通じてハウジング３０の外側からボルトＢ３が小径部２４ｃのねじ孔に螺合挿入されている。これにより、温度プローブ６は、振動入力部２２の中心部に、当該振動入力部２２の内周面との間に一定の隙間Ｓを隔てた状態（振動入力部２２に対して非接触の状態）で、振動プローブ本体２０に対して一体に組付けられている。

図２に示すように、上下方向（図２では左右方向）において、ハウジング３０の先端は、振動入力部２２の先端と面一に設けられている。従って、接触板３４は、前記付勢部材の付勢力によって、その上端面（図２では左端面）が振動入力部２２及びハウジング３０の端面から上方（図２では左方）に飛び出した突出位置に配置されている。

熱電対３２は、互いに異なる材質の金属線で構成された二本の熱電対素線３２ａ、３２ｂを備えている。例えば、一方の熱電対素線３２ａはクロメル線で、他方の熱電対素線３２ｂはアルメル線で構成されている。各熱電対素線３２ａは、ガラス繊維やフッ素樹脂等の被覆材によって被覆されている。

各熱電対素線３２ａ、３２ｂの一端（先端）は、接触板３４の下面（図２では右面）の同じ位置に接合されている。具体的には、各熱電対素線３２ａ、３２ｂの一端は、共に接触板３４の下面中心部に溶接されている（符号３３は溶接部分を示す）。これにより、当該接触板３４によって熱電対３２の測温接点が構成されている。上記の通り、温度プローブ６は、振動入力部２２の中心部に配置されており、従って、熱電対３２の測温接点は、振動入力部２２の中心部、すなわち振動プローブ５の軸心上に配置されていると言える。

図２及び図４に示すように、各熱電対素線３２ａ、３２ｂは、ハウジング３０に沿って配索されている。各熱電対素線３２ａ、３２ｂの他端は、振動プローブ本体２０の台座部２４に形成されたスリット状の溝部２５を通じて振動プローブ５の外側に導出され、前記コントローラ１６の温度計測回路に接続されている。

計測用プローブ４は、例えば、図１及び図２に示すように、その基端部、すなわち振動プローブ本体２０の台座部２４に対応する部分がケーシング１０に形成された図外の保持部に保持され、当該台座部２４よりも先端側の部分がケーシング１０の上面から上向きに突出する状態で、当該ケーシング１０に組み込まれている。

なお、計測用プローブ４は、上述の通り、振動プローブ５と温度プローブ６とが一体に組付けられたユニット構造を有しており、計測装置１の製造時やメンテナンス時には、振動プローブ５及び温度プローブ６を含む計測用プローブ４の全体が一つのユニット（本発明の「プローブユニット」に相当する）として取り扱われる。

［作用効果］
計測装置１を用いて計測対象物の振動強度および表面温度を計測するには、電源スイッチ１４ａをオンし、例えば、コマンドスイッチ１４ｃを操作して計測開始コマンドを実行した状態で、図５に示すように、計測対象物の表面Ｆに対してその垂直方向に沿って計測用プローブ４の先端を押し当てる。なお、図５は、計測時の状態を示す計測用プローブ４の断面図である。

これにより、振動プローブ５の先端、すなわち振動入力部２２の先端を計測対象物の表面Ｆに押し当てるとともに、温度プローブ６の先端、すなわち、熱電対３２の測温接点である接触板３４を計測対象物の表面Ｆに押し立てる。この状態を規定時間（数秒）保つことにより、計測対象物の振動強度と表面温度とを同時に計測することができる。

この場合、上記計測装置１では、振動プローブ５における振動入力部２２の先端と、温度プローブ６のハウジング３０の先端とが面一に設けられた上で、接触板３４がハウジング３０の先端に出没可能に設けられて付勢部材による弾発力により突出位置に付勢されている。そのため、振動プローブ５（振動入力部２２）の先端を計測対象物の表面Ｆに押し立てると、図５に示すように、温度プローブ６の接触板３４が突出位置から没入位置（同図に示す位置）に押し戻され、付勢部材の弾発力によって接触板３４が自ずと計測対象物の表面Ｆに押し付けられる。従って、計測用プローブ４を計測対象物に押し当てることで、振動プローブ５及び温度プローブ６の双方を確実に計測対象物の表面Ｆに押し当てることができる。

なお、上記計測装置１では、振動プローブ５の先端に筒状の振動入力部２２が設けられ、この振動入力部２２の内側、具体的には、振動入力部２２の中心部に温度プローブ６が配置されている。つまり、この構成によれば、振動プローブ５により計測対象物の振動強度を計測しながら、当該振動プローブ５の軸心上の位置で計測対象物の表面温度を計測することができる。そのため、スチームトラップの蒸気漏れ等の診断のように、計測対象物の振動強度と表面温度との相互関係に基づいて計測対象物を診断するような場合には、その診断結果の信頼性向上に寄与すると言える。

また、上記計測装置１では、温度プローブ６の熱電対３２を構成する二本の熱電対素線３２ａ、３２ｂの先端が共に接触板３４の中心部に接合され、当該接触板３４によって熱電対３２の測温接点が構成されている。つまり、熱電対３２には、従来の熱電対（図８参照）のような、「中間金属の法則」に則しない金属部材は存在せず、当該金属部材によって計測結果が影響を受けることが無い。従って、上記計測装置１によれば、計測対象物の表面温度をより精度良く計測することが可能となる。

また、上記計測装置１では、振動プローブ５の振動入力部２２に対して温度プローブ６が非接触の状態で振動プローブ本体２０に組付けられている。このような構成によると、計測対象物の振動は、図５中に矢印で示すように、振動入力部２２から台座部２４を伝って振動センサ２６に伝達されるため、振動入力部２２に入力される振動が温度プローブ６を経由することが殆ど無い。従って、振動センサ２６に入力される振動は、温度プローブ６の影響を殆ど受けることが無い。そのため、上記計測装置１によれば、振動プローブ５の軸心上に温度プローブ６を配置しながらも、当該温度プローブ６の影響を受けることなく、計測対象物の振動強度を精度良く計測することが可能となる。

また、上記計測装置１では、振動プローブ５の振動入力部２２が筒状であるが、上記の通り、当該振動入力部２２はステンレス製のパイプで構成されるため、その径を比較的細くした場合でも計測時に必要な強度を十分に確保することが可能である。そして、上記計測装置１によれば、当該振動プローブ５の内側の空間に温度プローブ６が配置されるため、振動検出針の周囲に熱電対が配置される従来の計測装置と比較すると、計測用プローブ４全体を細径化することが可能となる。従って、この計測装置１によると、計測用プローブ４のコンパクト化（細径化）に寄与し得ると言える。

［計測用プローブの第２実施形態］
次に、計測用プローブ４の第２実施形態について説明する。図６は、計測用プローブ４（第２実施形態）の断面図であり、図７は、計測用プローブ４の要部分解斜視図である。なお、図６は、図２に対応する断面を示しており、同図中の温度プローブ６については、ハウジング３０及び接触板３４のみを図示している。また、台座部２４のうち振動センサ２６が固定される部分（大径部２４ａ）は、図７に示すように矩形であるが、以下の説明では、便宜上、第１実施形態と同様に大径部２４ａと称する。

第２実施形態に係る計測用プローブ４の基本的な構成は、第１実施形態の計測用プローブ４と共通するが、以下の点で第１実施形態の計測用プローブ４と相違する。

第１実施形態では、図２に示したように、振動入力部２２を構成する金属製パイプ（以下、便宜上パイプ２２と称する場合がある）は、台座部２４の中径部２４ｂに外嵌されてボルトＢ２で台座部２４に固定されている。これに対して、第２実施形態では、図６及び図７に示すように、パイプ２２は、それ自体が台座部２４に対して螺合されている。詳しくは、台座部２４における中径部２４ｂにその軸方向にらせん状に延びる雄ねじ部２４１（本発明の「第２ねじ部」に相当する）が形成される一方、パイプ２２の下端部分の内周面に雌ねじ部２２１（本発明の「第１ねじ部」に相当する）が形成されている。パイプ２２は、その内側に温度プローブ６が挿入されかつパイプ端面（下端面）が大径部２４ａの上面（本発明の「当接面」に相当する）に突き当たるように、つまり隙間無く密接するように中径部２４ｂに対して螺合されている。なお、大径部２４ａの上面は、台座部２４の中心軸と直交する平坦面で形成されている。

パイプ２２のうち、台座部２４の小径部２４ｃに対向する領域には、径方向に向かい合わせに延びる一対のねじ孔２２ａが形成されており、各ねじ孔２２ａに、六角穴付き止めねじＢ４（いわゆるイモねじ／以下単に止めねじＢ４と称す）が螺合挿入されている。各ねじ孔２２ａは、パイプ２２の壁部をその厚み方向に貫通しており、止めねじＢ４は、ねじ孔２２ａを通じて温度プローブ６のハウジング３０外周面に押し当てられている。これにより、パイプ２２がハウジング３０を介して台座部２４に対して回り止めされている。

なお、温度プローブ６のハウジング３０は、ねじ孔２２ａに螺合挿入された止めねじＢ４により外側から押圧されており、これによって台座部２４（小径部２４ｃ）に対して実質的に締結されている。つまり、第２実施形態では、第１実施形態のようなハウジング３０を固定するための専用のボルトＢ３は設けられておらず、ハウジング３０は、パイプ２２の回り止め用の止めねじＢ４を共用して台座部２４に固定されている。

以上のような第２実施形態の計測用プローブ４によれば、以下の点で、第１実施形態の計測用プローブ４に比して有利と言える。すなわち、計測用プローブ４においては、台座部２４の大径部２４ａと振動入力部２２とが密接していないと（隙間があると）、計測される振動強度に誤差が生じて計測精度が低下する。ここで、第１実施形態の計測用プローブ４では、パイプ２２の壁部に形成された貫通孔を通じて、当該パイプの径方向外側から中径部２４ｂのねじ孔にボルトＢ２が螺合挿入されることで、パイプ２２が台座部２４に固定されている。この構成の場合には、貫通孔の遊び（貫通孔の内径とボルト軸部の外径との差）の範囲内で、台座部２４に対してパイプ２２が変位し得るため、台座部２４（大径部２４ａ）とパイプ下端面との間に隙間が形成されないように注意を払って計測用プローブ４を組み立てることが求められる。

これに対して、第２実施形態の計測用プローブ４では、パイプ２２自体が中径部２４ｂに対して螺合される構成であるため、パイプ２２の端面が大径部２４ａに突き当たる位置まで、つまり、回転しなくなる位置までパイプ２２を台座部２４に対して螺合させ、その後、止めねじＢ４によってパイプ２２の回り止めをすれば、難なくパイプ２２の端面と大径部２４ａとを密接させた状態で計測用プローブ４を組み立てることができる。そのため、第２実施形態の計測用プローブ４は、第１実施形態の計測用プローブ４に比べて組立性が良いと言える。

また、既述のように、温度プローブ６（ハウジング３０）は、パイプ２２の回り止め用の止めねじＢ４を共用して台座部２４に固定されるため、温度プローブ６を台座部２４に固定するための専用のボルトが不要である。よって、合理的な構成で組立性が向上するという利点がある。

さらに、温度プローブ６が止めねじＢ４で台座部２４に固定される構成によれば、ハウジング３０とパイプ２２との間に、ボルトＢ３の頭部（図２参照）を介在させるためのスペースが不要となる。そのため、ハウジング３０とパイプ２２との前記隙間Ｓを縮小すること、ひいては、計測用プローブ４の細径化に寄与するという利点もある。

［計測装置１（振動プローブ５）の具体的な構成］
蒸気および復水（ドレン）の何れか一方が流れるスチームトラップ等の計測対象物においてその振動を計測した場合、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、特定の周波数成分の振動強度が大きく異なり、特に、１０ｋＨｚ付近の振動強度を調べることで、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを比較的高い精度で判別できることが知られている（特開２０１６－１１９０４号公報）。

そのため、スチームトラップ等の蒸気漏れの診断を行う場合に使用する上記計測装置１の振動プローブ５については、１０ｋＨｚ付近の振動強度を精度良く計測できるように振動プローブ５を構成する必要がある。

本願の発明者は、中空の振動入力部２２を先端に備えた振動プローブ本体２０の場合には、当該振動プローブ本体２０の全長Ｌ１を５０．０ｍｍ、同外径Ｄを１３．０ｍｍ、振動入力部２２の全長Ｌ２を４０．０ｍｍ、同厚みｔを２．５ｍｍとすることで（図２参照）、１０ｋＨｚ付近の振動強度を精度良く計測できることを確認した。つまり、この寸法設定により、共振周波数が１０ｋＨｚ付近となるような固有振動数を有する振動プローブ５を構成できることを確認した。

なお、本願の発明者は、当該計測装置１の開発において、図振動プローブを中実棒材で構成した場合には、共振周波数ｆと、素材の振動加速度Ｃ［ｍ／ｓ^２］と、全長Ｌ１［ｍ］と、太さ（外径）Ｄ［ｍ］との間に下記式が成り立つとの知見を得た。

ｆ＝（Ｃ／Ｌ１）×Ｄ［式１］
そしてさらに、鋭意検討を重ねることにより、棒材が内径ｄ［ｍ］の中空部分（筒状部分）を有する場合には、形状係数β＝０．５を用いて、上記式１を以下の通り変形できるとの知見を得た。なお、形状係数βは、棒材の全長Ｌ１に占める中空部分の全長Ｌ２の割合に応じて定められる値である。

ｆ＝［Ｃ／Ｌ１］×（Ｄ－ｄ）×β［式２］
上述した振動プローブ本体２０の設定寸法（全長Ｌ１＝５０．０ｍｍ、外径Ｄ＝１３．０ｍｍ、全長Ｌ２＝４０．０ｍｍ、厚みｔ＝２．５ｍｍ）は、これらの知見に基づくものである。つまり、振動入力部２２をステンレス製のパイプで構成する場合、細径化と強度とのバランスを確保しつつ共振周波数ｆが１０ｋＨｚ付近となるように、上記式２に基づいて、振動プローブ本体２０の全長Ｌ１及び外径Ｄ、振動入力部２２の全長Ｌ２及び厚みｔ（内径ｄ）を設定したものである。但し、上記設定寸法は、現時点での最適値であり、振動プローブ本体２０の全長Ｌ１は４８．０～５２．０ｍｍの範囲内、同外径Ｄは１２．８～１３．２ｍｍの範囲内、振動入力部２２の全長Ｌ２は３８．０～４２．０ｍｍの範囲内、同厚みｔは２．４～２．６ｍｍの範囲内であれば、大凡遜色の無いレベルで実用可能であることを確認している。なお、振動プローブ本体２０をステンレス以外の金属材料で構成する場合には、当該振動プローブ本体２０の全長Ｌ１及び外径Ｄ、振動入力部２２の全長Ｌ２及び厚みｔが上記設定寸法とは異なる場合があることは言うまでもない。

［変形例等］
以上説明した計測装置１は、本発明に係る計測装置の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記計測装置１の温度プローブ６は、熱電対３２を備えた構成であるが、これには限定されない。例えば、熱電対３２に代えて、サーミスタ等その他の温度検出用のデバイスを備えた構成であってもよい。

また、上記計測装置１において、振動プローブ本体２０は、断面円環状の金属（ステンレス）製のパイプが複数の異径部分有する金属（ステンレス）製の段付き円柱体（台座部２４）に固定されることにより構成されているが、当該構成には限定されない。例えば、振動プローブ本体２０は、金属製の円柱体等から振動入力部２２と台座部２４とが一体的に削り出された構成であってもよい。また、振動入力部２２は、所望の共振周波数を達成できれば、円筒状以外の筒状であってもい。例えば断面の輪郭が長円となるような筒状であってもよい。

また、振動プローブ本体２０を構成する金属材料はステンレスに限定されるものではなく、その他の金属材料を適用することも可能である。この場合も、上述した式２に基づくことで、所望の共振周波数を達成し得る振動プローブ５を構成することが可能となる。

また、第２実施形態に係る計測用プローブ４では、台座部２４（中径部２４ｂ）に雄ねじ部２４１が設けられ、振動入力部２２（パイプ２２）側に雌ねじ部２２１が設けられているが、逆の構成であってもよい。例えば、内周面に雌ねじ部（第２ねじ部）を備えたスリープ状円筒部が台座部２４に設けられ、外周面に雄ねじ部（第１ねじ部）を備えたパイプ２２（振動入力部２２）が、前記スリープ状円筒部の内側に螺合挿入されてその奥端面（当接面）に突き当てられる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、主にスチームトラップを計測対象物とする計測装置１について説明したが、上記計測装置１の基本構成は、スチームトラップ以外を計測対象物とする計測装置についても適用可能である。

１ 計測装置
２ 本体部
４ プローブ
５ 振動プローブ
６ 温度プローブ
２０ 振動プローブ本体
２２ 振動入力部
２４ 台座部
２６ 振動センサ
３２ 熱電対
３２ａ、３２ｂ 熱電対素線
３４ 接触板

Claims (11)

1. 計測用プローブを備え、当該計測用プローブを計測対象物に押し当ててその状態を検出する計測装置であって、
   前記計測用プローブは、前記計測対象物の振動の強度を検出するための振動プローブと、前記計測対象物の表面温度を検出するための温度プローブと、を備え、
   前記振動プローブは、筒状の振動入力部を先端に備えた振動プローブ本体と、前記振動入力部に入力される振動の強度に応じた信号を出力する振動センサとを含み、
   前記温度プローブは、前記振動プローブ本体の振動入力部の内側に配置されている、ことを特徴とする計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置において、
   前記温度プローブは、前記振動入力部に非接触の状態で当該振動入力部の内側に配置されている、ことを特徴とする計測装置。
3. 請求項２に記載の計測装置において、
   前記振動プローブ本体は、前記振動入力部と、その基端部に繋がる台座部とを含み、
   前記振動センサは、前記台座部における反振動入力部側の位置に固定され、
   前記温度プローブは、前記振動入力部の内側で前記台座部に支持されている、ことを特徴とする計測装置。
4. 請求項３に記載の計測装置において、
   前記振動入力部は、軸方向にらせん状に延在する第１ねじ部を備えた金属製のパイプからなり、
   前記台座部は、第１ねじ部が螺合可能な第２ねじ部と、当該第２ねじ部が延在する方向と交差する面からなる当接面とを備え
   前記第１ねじ部が前記第２ねじ部に螺合され、かつ前記振動入力部の末端が前記当接面に突き当てられた状態で、前記台座部に振動入力部が固定されている、ことを特徴とする計測装置。
5. 請求項１乃至４に記載の計測装置において、
   前記温度プローブは熱電対を備える、ことを特徴とする計測装置。
6. 請求項５に記載の計測装置において、
   前記温度プローブは、前記振動プローブの軸方向に延びる筒状のハウジングと、先端側に出没可能となるように前記ハウジング内に配置される金属製の接触板と、当該接触板を先端側に向かって弾性的に付勢する付勢部材と、をさらに含み、
   前記熱電対は、前記ハウジング内に配置されて互いに異なる材質の金属線から形成された第１、第２の熱電対素線を含み、かつこれら第１、第２の熱電対素線の先端が共に前記接触板の同じ位置に接合されることにより当該接触板により測温接点が形成されている、ことを特徴とする計測装置。
7. 請求項６に記載の計測装置において、
   前記振動プローブ本体の振動入力部の先端と、前記温度プローブのハウジングの先端とが面一に設けられている、ことを特徴とする計測装置。
8. 請求項１乃至７に記載の計測装置において、
   前記振動プローブにより検出される計測対象物の振動強度および前記温度プローブにより検出される計測対象物の表面温度を示す信号を無線又は有線で外部機器に送信可能な制御装置と、
   前記制御装置が収容されるケーシングと、をさらに備え、
   前記計測用プローブは、少なくとも前記振動入力部を前記ケーシングから突出させた状態で当該ケーシングに保持されている、ことを特徴とする計測装置。
9. 請求項８に記載の計測装置に用いられるプローブユニットであって、
   計測対象物の振動の強度を検出するための振動プローブと、前記計測対象物の表面温度を検出するための温度プローブと、を備え、
   前記振動プローブは、筒状の振動入力部を先端に備えた振動プローブ本体と、前記振動入力部に入力される振動の強度に応じた信号を出力する振動センサとを含み、
   前記温度プローブは、前記振動プローブ本体の振動入力部の内側に配置されている、ことを特徴とするプローブユニット。
10. 請求項９に記載のプローブユニットにおいて、
    前記振動プローブ本体は、前記振動入力部と、その基端部に繋がる台座部とを含み、
    前記振動センサは、前記台座部における反振動入力部側の位置に固定され、
    前記温度プローブは、前記振動入力部の内側で前記台座部に支持されている、ことを特徴とするプローブユニット。
11. 請求項１０に記載のプローブユニットにおいて、
    前記振動入力部は、軸方向にらせん状に延在する第１ねじ部を備えた金属製のパイプからなり、
    前記台座部は、第１ねじ部が螺合可能な第２ねじ部と、当該第２ねじ部が延在する方向と交差する面からなる当接面とを備え
    前記第１ねじ部が前記第２ねじ部に螺合され、かつ前記振動入力部の末端が前記当接面に突き当てられた状態で、前記台座部に振動入力部が固定されている、ことを特徴とするプローブユニット。

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