JP4342325B2 - 超音波肉厚測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、所定の測定点に超音波探触子を設置して、その測定点における被測定物の肉厚を測定する超音波肉厚測定装置に関し、更に詳しくは、高温度の被測定物の肉厚測定に好適な超音波肉厚測定装置に関するものである。
被測定物の肉厚を非破壊で測定する装置として超音波肉厚測定装置が知られている。近年では構造物の使用期間が長期化するに伴って、構造物の経年劣化測定に対するニーズが高まっているが、超音波肉厚測定装置は構造物の残余寿命等を予測する上で有効な測定装置である。
化学プラントや石油精製プラントの設備、例えば、各種貯槽、反応器、配管等の中には、高温、高圧、腐食雰囲気の下で運転されるものがある。このような過酷な条件下で、各種設備の安全性、信頼性及び稼働率向上を図るため、従来、図６に示すような超音波肉厚測定装置が用いられている。
図６は、従来の超音波肉厚測定装置を示す概略構成図である。この図に示すように、超音波肉厚測定装置４０は、圧電効果により高周波電圧を超音波に変換して送信し、反射してきた超音波を受信して電圧に変換する超音波探触子４１と、超音波探触子４１で受信・変換した電圧を増幅・解析して被測定物４２の肉厚を表示する肉厚測定器４３と、被測定物４２と超音波探触子４１との間に介装され断熱効果を有する遅延材４４と、超音波探触子４１を遅延材４４を介して被測定物４２に固定するアダプター４５とを備えている。また、超音波探触子４１と遅延材４４との間及び遅延材４４と被測定物４２との間には、カップリング材４６が塗布されている。このカップリング材４６は、超音波探触子４１、遅延材４４及び被測定物４２との間に空気層が介在するのを防止することにより、超音波探触子４１からの超音波伝播が阻害されるのを防止する役割を果たす。
なお、このような超音波肉厚測定装置に関する従来技術は、下記特許文献１にも開示されている。
しかしながら、被測定物が高温となる場合、従来の超音波肉厚測定装置では、次のような問題があった。
（１）被測定物からの熱伝達による温度上昇でカップリング材の流失や蒸発などが発生する。
（２）超音波探触子自体の温度も上昇し、性能劣化や破損が発生する。
（３）遅延材が被測定物に接着剤により固定されている場合、接着剤が高温で劣化し剥離が起こる。
（４）アダプターが被測定物に接着剤により固定されている場合も、同様に接着剤が高温で劣化し剥離が起こる。
（５）上記（１）〜（４）が発生すると、肉厚測定が不可能となり、測定上致命的な欠陥となる。
（１）被測定物からの熱伝達による温度上昇でカップリング材の流失や蒸発などが発生する。
（２）超音波探触子自体の温度も上昇し、性能劣化や破損が発生する。
（３）遅延材が被測定物に接着剤により固定されている場合、接着剤が高温で劣化し剥離が起こる。
（４）アダプターが被測定物に接着剤により固定されている場合も、同様に接着剤が高温で劣化し剥離が起こる。
（５）上記（１）〜（４）が発生すると、肉厚測定が不可能となり、測定上致命的な欠陥となる。
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、被測定物が高温となる場合であっても、超音波探触子の温度上昇を防ぐとともに、アダプターと被測定物との接着状態を保持することにより、耐熱性の向上を図ることができる超音波肉厚測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の超音波肉厚測定装置は、
超音波を発振する超音波探触子と、
一端が被測定物に固定され、他端に前記超音波探触子を被測定物に対して所定間隔をあけて対向するように取り付ける中空筒形のアダプターと、
該アダプター内に前記超音波探触子を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給装置と、
前記超音波探触子からの信号に基づいて被測定物の肉厚を求める肉厚測定器と、を備え、
前記冷媒は、超音波伝播性を有する流動体であり、
前記冷媒供給装置は、前記アダプターに接続され冷媒を該アダプター内に導入する冷媒導入管と、前記アダプターに接続され冷媒を該アダプター内から導出する冷媒導出管とを有し、前記アダプター内に冷媒が充満するように該冷媒を供給し、
前記アダプターは、超音波探触子の先端部が露出する大きさの開口部を有しアダプターの内部を超音波探触子側の領域Ａと被測定物側の領域Ｂに仕切る第１仕切り板を備え、
前記冷媒導入管は、領域Ａに冷媒を導入する第１導入部と、領域Ｂに冷媒を導入する第２導入部とを有し、
前記冷媒導出管は、領域Ａから冷媒を導出する第１導出部と、領域Ｂから冷媒を導出する第２導出部とを有する、ことを特徴としている。
また、上記の超音波肉厚測定装置において、前記アダプターは、領域Ｂを超音波が伝播する中央部と該中央部の外側に位置する外側部とに仕切って前記中央部と前記外側部とに冷媒が流れるように設けられた一対の板状部材で構成される第２仕切り板を備え、
前記第２導入部及び前記第２導出部は、前記一対の板状部材の間の一端から他端に向かって冷媒が流れるように前記アダプターに接続されている、ことを特徴とする。
超音波を発振する超音波探触子と、
一端が被測定物に固定され、他端に前記超音波探触子を被測定物に対して所定間隔をあけて対向するように取り付ける中空筒形のアダプターと、
該アダプター内に前記超音波探触子を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給装置と、
前記超音波探触子からの信号に基づいて被測定物の肉厚を求める肉厚測定器と、を備え、
前記冷媒は、超音波伝播性を有する流動体であり、
前記冷媒供給装置は、前記アダプターに接続され冷媒を該アダプター内に導入する冷媒導入管と、前記アダプターに接続され冷媒を該アダプター内から導出する冷媒導出管とを有し、前記アダプター内に冷媒が充満するように該冷媒を供給し、
前記アダプターは、超音波探触子の先端部が露出する大きさの開口部を有しアダプターの内部を超音波探触子側の領域Ａと被測定物側の領域Ｂに仕切る第１仕切り板を備え、
前記冷媒導入管は、領域Ａに冷媒を導入する第１導入部と、領域Ｂに冷媒を導入する第２導入部とを有し、
前記冷媒導出管は、領域Ａから冷媒を導出する第１導出部と、領域Ｂから冷媒を導出する第２導出部とを有する、ことを特徴としている。
また、上記の超音波肉厚測定装置において、前記アダプターは、領域Ｂを超音波が伝播する中央部と該中央部の外側に位置する外側部とに仕切って前記中央部と前記外側部とに冷媒が流れるように設けられた一対の板状部材で構成される第２仕切り板を備え、
前記第２導入部及び前記第２導出部は、前記一対の板状部材の間の一端から他端に向かって冷媒が流れるように前記アダプターに接続されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、超音波を発振する超音波探触子と、一端が被測定物に固定され、他端が前記超音波探触子を被測定物に対して所定間隔をあけて対向するように取り付ける中空筒型のアダプターと、該アダプター内に前記超音波探触子を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記超音波探触子からの信号に基づいて被測定物の肉厚を求める肉厚測定器と、を備え、前記冷媒は、超音波伝播性を有する流動体であり、前記冷媒供給装置は、前記アダプター内に冷媒が充満するように該冷媒を供給するので、超音波探触子を冷媒により冷却することができる。これにより、超音波探触子の冷却効果が大幅に向上し、超音波探触子の性能劣化や破損を有効に防止することができるという効果が得られる。
また、超音波探触子と被測定物との機械的な接触がないので、取付け時の機械的な寸法誤差や面の傾き誤差などが吸収され、取り扱いが簡素化される。
また、アダプターを接着剤により被測定物に固定している場合でも、アダプター内部に供給される冷媒により、アダプターと被測定物との接着面が冷却されるので、この部分の接着剤が高温により劣化するのを防止する。これにより、接着剤の剥離を有効に防止し、アダプターと被測定物との接着状態を保持することができる。
さらに、超音波探触子と被測定物との間の介在物が流動体である冷媒であるため、従来のような遅延材に比して、乱反射による多重エコー波の発生を抑制することができる。
また、超音波探触子と被測定物との機械的な接触がないので、取付け時の機械的な寸法誤差や面の傾き誤差などが吸収され、取り扱いが簡素化される。
また、アダプターを接着剤により被測定物に固定している場合でも、アダプター内部に供給される冷媒により、アダプターと被測定物との接着面が冷却されるので、この部分の接着剤が高温により劣化するのを防止する。これにより、接着剤の剥離を有効に防止し、アダプターと被測定物との接着状態を保持することができる。
さらに、超音波探触子と被測定物との間の介在物が流動体である冷媒であるため、従来のような遅延材に比して、乱反射による多重エコー波の発生を抑制することができる。
以上述べたように、本発明によれば、被測定物が高温となる場合であっても、超音波探触子の温度上昇を防ぐとともに、アダプターと被測定物との接着状態を保持することにより、耐熱性の向上を図ることができる等の優れた効果が得られる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、第１参考例による超音波肉厚測定装置の概略構成図である。この図に示すように、超音波肉厚測定装置１０は、超音波探触子１と、アダプター１１と、冷媒供給装置１５と、肉厚測定器２０とを備えている。
超音波探触子１は、内部に水晶、圧電セラミックス材料からなる超音波振動子と、この超音波振動子を狭持する一対の電極を有している。水晶、圧電セラミックス材料は所定の軸方向に圧縮力又は引張力が交互に加えられると電圧が発生する。この現象を圧電効果（ピエゾ効果）という。また、これらの材料は、所定の軸方向に正負の交番電圧が印加されると伸縮する。この現象を逆圧電効果という。逆圧電効果を利用することにより、超音波振動子は伸縮に伴い振動し超音波を発生する。圧電セラミックス材料には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫酸リチウム、メタニオブ酸鉛等が含まれる。また、超音波探触子１の外周面には雄ネジ部が形成されている。
アダプター１１は、超音波探触子1を被測定物５に対して所定間隔をあけて対向するように固定するための部材である。この例において、アダプター１１は、中空円筒形であり、その両端部にそれぞれ開口部を有している。その一端部（図で下側）は、接着剤により被測定物５に接着されている。これにより、アダプター１１は被測定物５に水密的に固定されている。
また、他端部（図で上側）の内周面には、雌ネジ部２２ｂが形成されており、超音波探触子１の外周面に形成された雄ネジ部２２ａと螺合するようになっている。これにより、超音波探触子１はアダプター１１に水密的に取り付けられる。
冷媒供給装置１５は、超音波探触子１を冷却するための冷媒７を、アダプター１１内に供給する装置であり、冷媒導入管１６と、冷媒導出管１７と、冷媒循環装置１８とを備えている。冷媒導入管１６は、アダプター１１に接続され、冷媒７をアダプター１１内に導入するようになっている。冷媒導出管１７は、アダプター１１に接続され、冷媒７をアダプター１１内から導出するようになっている。この冷媒供給装置１５により、アダプター１１内は冷媒７で十分に満たされる状態となる。冷媒７は、超音波伝播性を有する流動体が使用される。例えば、水、オイル、不凍液、グリースなどが好適である。
このような構成により、超音波探触子１を冷媒７により冷却することができる。これにより、超音波探触子１の冷却効果が大幅に向上し、耐熱性が向上するという効果が得られる。また、超音波探触子１と被測定物５との機械的な接触がないので、取付け時の機械的な寸法誤差や面の傾き誤差などが吸収され、取り扱いが簡素化される。また、アダプター１１を接着剤により被測定物５に固定している場合でも、アダプター１１内に供給される冷媒により、アダプター１１と被測定物５との接着面が冷却されるので、この部分の接着剤が高温により劣化するのを防止する。これにより、接着剤の剥離を有効に防止し、アダプター１１と被測定物５との接着状態を保持することができる。さらに、超音波探触子１と被測定物５との間の介在物が流動体である冷媒であるため、従来の遅延材に比して、乱反射による多重エコー波の発生を抑制することができる。
また、この第１参考例において、冷媒導出管１７は、アダプター１１内部にある冷媒７の最上部又はその近傍から冷媒７を導出できる位置で、アダプター１１に接続されている。このような構成により、気泡が、冷媒導入管１６から冷媒７と共にアダプター１１内に侵入した場合でも、上方に移動し溜まった気泡は、冷媒導出管１７によりアダプター１１内から排出される。これにより、アダプター１１内の冷媒中の気泡を効果的に排出することができるため、超音波伝播を阻害することがない。
さらに、この第１参考例において、冷媒導入管１６は、アダプター１１の被測定物５寄りに接続され、冷媒導出管１７は、アダプター１１の超音波探触子１寄りに接続されている。このような構成により、冷媒７は被測定物１の近傍からアダプター１１内に導入されるため、冷媒７によりまず被測定物５側が冷却される。これにより、超音波探触子１への熱伝達を有効に遮断することができる。また、冷媒導出管１７が超音波探触子１寄りに接続されているため、アダプター１１内の冷媒７は、アダプター１１内全体を流動し、滞留することがない。これにより、冷媒７による冷却効果を十分に発揮させることができる。
なお、この例では、被測定物５の外壁面が水平方向となっているため、冷媒導入管１６と冷媒導出管１７の接続位置は図示のようになっているが、被測定物５の外壁面が鉛直方向である場合には、冷媒導入管１６と冷媒導出管１７の接続位置は図２のようにすると良い。つまり、被測定物５の外壁面の向きに拘わらず、冷媒導出管１７は、アダプターが被測定物５に固定された状態で、アダプター１１内にある冷媒７の最上部又はその近傍から冷媒７を導出できる位置で、アダプター１１に接続されていれば良い。また、冷媒導入管１６は、アダプター１１の被測定物５寄りに接続され、冷媒導出管１７は、アダプター１１の超音波探触子１寄りに接続されていれば良い。
冷媒循環装置１８は、冷媒導入管１６と冷媒導出管１７に接続されており、冷媒導出管１７によりアダプター１１内から導出した冷媒７を冷却して、冷媒導入管１６を介してアダプター１１内に循環させる機能を有している。これにより、アダプター１１内から導出した冷媒７を冷却してアダプター１１内に循環させることができるので、冷媒７の使用量を抑えつつ、効率的な冷却を達成することができる。
肉厚測定器２０は、図示しないパルス信号発信部と、パルス信号受信部と、演算部と、表示部とを有している。パルス信号発信部とパルス信号受信部は、ケーブル２１を介して超音波探触子１に接続されている。表示部は、パルス信号受信部からの所定の出力情報に基づいて出力結果を表示する。
次に、第１参考例による超音波肉厚測定装置１０の動作について説明する。肉厚測定器２０のパルス信号発信部がパルス信号を発信すると、超音波探触子１において、電極を介して超音波振動子１にパルス信号が印加される。このパルス信号印加を受けると超音波振動子１は逆圧電効果により振動し、超音波を発振する。超音波は冷媒７中を伝播して、被測定物５の内部に入射する。被測定物５の内部に入射した超音波は、被測定物５の内壁面で反射されて冷媒７を介して超音波探触子１の超音波振動子に戻ってくる。超音波振動子においては、反射して戻ってきた超音波が超音波振動子の所定の軸方向に作用して超音波振動子に交互に交番力が加えられる。これにより圧電効果が生じ、超音波振動子の上面と下面に超音波パルスに応じた電圧が発生する。このパルス状の電気信号は、電極及びケーブル２１を介して肉厚測定器２０のパルス信号受信部に入力される。
パルス信号受信部では、パルス信号が検出され図示しないタイマにより、超音波の発信から受信までの経過時間を計測する。演算部は、パルス信号の性状、上記の経過時間等から被測定物５の肉厚を計算し、表示部に送る。表示部では演算部からの信号に基づき、被測定物５の肉厚を数値として表示する。
一方、アダプター１１内には、冷媒循環装置１５の冷媒導入管１６から冷媒７が供給される。冷媒７は、まず、その近傍にあるアダプター１１と被測定物５との接着面を冷却する。そして、アダプター１１内を流動し超音波探触子１を冷却し、その近傍に接続された冷媒導出管１７から導出される。導出された冷媒７は、冷媒導出管１７を通り冷媒循環装置１８により冷却され、冷媒導入管１６を介してアダプター１１に循環される。
次に、第２参考例について説明する。図３は、第２参考例による超音波肉厚測定装置を示す概略構成図である。この図に示すように、第２参考例による超音波肉厚測定装置１０のアダプター１１は、被測定物に固定される被測定物取付部１１ａと、超音波探触子１を取り付ける探触子取付部１１ｂと、被測定物取付部１１ａと探触子取付部１１ｂとを接続する接続部１１ｃとから構成されており、接続部１１ｃは、フレキシブルチューブから成っている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。探触子取付部１１ｂは、被測定物５とは別なベースに固定されている場合がある。この場合、被測定物５全体が振動等で変位すると、その分が測定誤差となるため、被測定物５と被測定物取付部１１ａの接合面からの反射波の時間をモニターすることで、被測定物５の変位分の誤差を補正計算する。
第２参考例によれば、被測定物５が激しく振動する場合であっても、フレキシブルチューブにより被測定物５からの振動が吸収され、超音波探触子１に対する耐震効果が期待できる。また、被測定物５への重量負荷が軽減され、取付け強度が小さくて済み、構造を簡素化することができる。
次に、本発明の実施形態について説明する。図４及び図５は、本発明の実施形態による超音波肉厚測定装置を示す概略構成図であり、図５は図４におけるＸ−Ｘ断面図である。この図に示すように、実施形態による超音波肉厚測定装置１０のアダプター１１は、第１仕切り板１２と第２仕切り板１３とを備えている。
第１仕切り板１２は、ドーナツ形をなしており、その中心部に超音波探触子１の先端部１ａが露出する大きさの開口部を有し、アダプター１１内を超音波探触子１側の領域Ａと、被測定物５側の領域Ｂに仕切るようになっている。冷媒導入管１６は、領域Ａに冷媒７を導入する第１導入部１６ａと、領域Ｂに冷媒７を導入する第２導入部１６ｂとを有している。冷媒導出管１７は、領域Ａから冷媒７を導出する第１導出部１７ａと、領域Ｂから冷媒７を導出する第２導出部１７ｂとを有している。
第２仕切り板１３は、アダプター１１内の中心軸に対して対称に設けられた一対の板状部材からなり、図５の矢印で示すように、アダプター１１内の流路を超音波が伝播する中央部とそれ以外の部分に仕切るようになっている。その他の構成は、第１参考例と同様である。
本発明の実施形態によれば、第１仕切り板１２により、領域Ａと領域Ｂとに冷媒７の流路が仕切られ、領域Ａにおいては、冷媒７の流れの淀みをなくし超音波探触子１全体を冷却することができ、領域Ｂにおいては、被測定物５からの熱を素早く除去することができる。また、第２仕切り板１３により、アダプター１１内の冷媒の流れは図５の矢印で示すように流路中央部の流れが優先され、冷却効果を高めることができる。
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 超音波探触子
５ 被測定物
７ 冷媒
１０ 超音波肉厚測定装置
１１ アダプター
１１ａ 被測定物取付部
１１ｂ 探触子取付部
１１ｃ 接続部
１２ 第１仕切り板
１３ 第２仕切り板
１５ 冷媒供給装置
１６ 冷媒導入管
１７ 冷媒導出管
１８ 冷媒循環装置
２０ 肉厚測定器
２１ ケーブル
５ 被測定物
７ 冷媒
１０ 超音波肉厚測定装置
１１ アダプター
１１ａ 被測定物取付部
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１２ 第１仕切り板
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１８ 冷媒循環装置
２０ 肉厚測定器
２１ ケーブル
Claims (2)
- 超音波を発振する超音波探触子と、
一端が被測定物に固定され、他端に前記超音波探触子を被測定物に対して所定間隔をあけて対向するように取り付ける中空筒形のアダプターと、
該アダプター内に前記超音波探触子を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給装置と、
前記超音波探触子からの信号に基づいて被測定物の肉厚を求める肉厚測定器と、を備え、
前記冷媒は、超音波伝播性を有する流動体であり、
前記冷媒供給装置は、前記アダプターに接続され冷媒を該アダプター内に導入する冷媒導入管と、前記アダプターに接続され冷媒を該アダプター内から導出する冷媒導出管とを有し、前記アダプター内に冷媒が充満するように該冷媒を供給し、
前記アダプターは、超音波探触子の先端部が露出する大きさの開口部を有しアダプターの内部を超音波探触子側の領域Ａと被測定物側の領域Ｂに仕切る第１仕切り板を備え、
前記冷媒導入管は、領域Ａに冷媒を導入する第１導入部と、領域Ｂに冷媒を導入する第２導入部とを有し、
前記冷媒導出管は、領域Ａから冷媒を導出する第１導出部と、領域Ｂから冷媒を導出する第２導出部とを有する、ことを特徴とする超音波肉厚測定装置。 - 前記アダプターは、領域Ｂを超音波が伝播する中央部と該中央部の外側に位置する外側部とに仕切って前記中央部と前記外側部とに冷媒が流れるように設けられた一対の板状部材で構成される第２仕切り板を備え、
前記第２導入部及び前記第２導出部は、前記一対の板状部材の間の一端から他端に向かって冷媒が流れるように前記アダプターに接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波肉厚測定装置。
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