JP4878653B1 - 超音波流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定すべき流体を流す管体に対して、超音波流量測定装置の着脱を容易に行って、流体の流量を測定する。
【解決手段】２つの半部１、２が軸３を介して回動自在に連結され、反対側に半部１、２同士を接合しロックするクランプ機構が設けられている。各半部１、２には、それぞれ角形の溝部１ａ、２ａが形成され、溝部１ａの内壁面には一対の超音波送受信器４ａ、４ｂが埋設されている。
溝部１ａ、２ａにより管体Ｐを挟着すると、管体Ｐは内壁面にほぼ密着した略正方形状となる。流量測定に際し、送受信器４ａ、４ｂの一方から管体Ｐ内の流体中に超音波ビームＢを発信すると、溝部２ａの管体Ｐの反対面において反射され、送受信器４ａ、４ｂの他方において受信される。
超音波ビームＢが上流側から下流側への往き時間と、下流側から上流側への戻り時間との伝播時間差を求めて流速を求める。
【選択図】図５

Description

本発明は、管体内の流体に超音波ビームを伝播させて流体の流量を測定するクランプオン型の超音波流量測定装置に関するものである。

特許文献１〜３には、既設の管体に外部から取り付けて管体内の流量を測定するためのクランプオン型の超音波流量測定装置が開示されている。

特開２００２−３６５１０６号公報 特開２００３−７５２１９号公報 特開２００３−２６２５４５号公報

しかし、これらのクランプオン型の超音波流量測定装置では、複雑な機構を用いて管体の形状に合わせた一対の超音波送受信器を一体に取り付ける必要がある。そのため、測定が必要な際に、簡便に管体に超音波流量測定装置を着脱することはなかなか困難である。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、管体に対してクランプ機構により着脱が容易な超音波流量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の本発明に係る超音波流量測定装置は、測定すべき流体を流し可撓性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着する第１、第２の半部を備え、前記第１、第２の半部の片側同士をヒンジ機構により回動自在に連結し、前記第１、第２の半部を閉止して他側同士をクランプ機構によりロックする構造とし、前記第１、第２の半部にはそれぞれ平面を含む複数の内壁面から成る溝部を形成し、前記第１、第２の半部を閉止した場合に前記第１、第２の半部の溝部同士が対向して前記管体に対する所定形状の挟着孔を形成し、前記第１の半部の平面の内壁面に前記管体を流れる流体の流れ方向に沿って一対の超音波送受信器を取り付け、前記管体の挟着に際して前記管体の外面が前記挟着孔の各内壁面に沿って接するように前記管体を変形させ、前記第１の半部の平面の内壁面に密着した前記管体の内部に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する前記第２の半部の平面の内壁面に密着した前記管体で反射した前記超音波ビームを前記他方の超音波送受信器で受信するようにしたことを特徴とする。

本発明に係る超音波流量測定装置によれば、管体に対して着脱が容易であり、既存の管体内の流体の流量を容易に測定することができる。

実施例１の超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。 半部内に超音波送受信器を埋設した状態の断面図である。 管体を一方の半部に載置した状態の断面図である。 管体に他方の半部を被着する状態の断面図である。 半部同士により管体を挟着した状態の断面図である。 半部同士により管体を挟着した状態の斜視図である。 超音波流量測定装置の原理的説明図である。 実施例１で得られる超音波ビームの波形図である。 実施例２の断面図である。 実施例３の断面図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は管体の外側に着脱自在に取り付けて使用するクランプ式の使用前の超音波流量測定装置の斜視図である。

金属ブロックから成る２つの半部１、２が軸３を介してヒンジ機構により回動自在に連結されている。そして、各半部１、２の内側には、それぞれ軸３と平行に断面直角二等辺三角形の溝部１ａ、２ａによるＶ字状の凹部が形成されている。また、溝部１ａ、２ａの内壁面には、管体の滑りを良好にするための例えばテフロン（登録商標）樹脂がコーティングされている。

溝部１ａの軸３側の内壁面には、図２に示すように一対の超音波送受信器４ａ、４ｂが埋設され、これらの超音波送受信器４ａ、４ｂはリード線５を介して後述する回路部に接続されている。そして、超音波送受信器４ａ、４ｂは合成樹脂から成るビーム伝達体６、７を介して溝部１ａの内壁面に面している。

半部１の軸３と反射側の外側面には、下方を向いた断面半円弧状の係止溝１ｂを有する接合片１ｃが一体に形成されている。また、半部２の軸３と反対側の外側面から、接合片１ｃに対向する接合片２ｂが延在され、接合片２ｂには平板状のロックレバー８が軸９を介して回動自在に連結されている。また、ロックレバー８の軸９の近傍の両側には、軸１０を介して一対のアーム片１１ａ、１１ｂが回動自在に設けられている。これらのアーム片１１ａ、１１ｂの先端同士は支軸１２により連結され、支軸１２には合成樹脂製で弾力性を有し、係止溝１ｂに係止するための係止筒１３が挿通され、これらによって半部１、２同士を接合して締め付けるクランプ機構が構成されている。

本実施例の超音波流量測定装置を使用するに際しては、図３に示すように半部１の裏側に設けた複数のビス穴にボルト１４をねじ込むことによりフレーム１５に固定する。次いで、半部１の溝部１ａ内に、流体を流すための例えばテフロン（登録商標）等の合成樹脂製で、可撓性を有する柔軟な材料から成る管体Ｐを載置し、図４に示すように管体Ｐに半部２の溝部２ａを被着する。

半部２側の接合片２ｂを半部１側の接合片１ｃに接合して、半部１、２同士を閉止すると共に、係止筒１３を係止溝１ｂに当てがい、ロックレバー８を軸９を支点として矢印に示すように回動する。これにより、軸１０を介してアーム片１１ａ、１１ｂが引き上げられ、係止溝１ｂに対する係止筒１３による締め付けがクランプ機構により強固になされると共に、この係止がロックされる。図５、図６は半部１、２により挟着した状態を示し、係止筒１３は弾力性を有するので、クランプ機構による締付けがより強固となる。

このようにして、半部１、２により管体Ｐを挟着すると、２つの直角二等辺三角形の溝部１ａ、２ａにより半部１、２同士には断面正方形の挟着孔が形成され、柔軟性を有する管体Ｐは溝部１ａ、２ａの内壁面により押圧されて変形し、管体Ｐはこの溝部１ａ、１ｂの内壁面にほぼ密着した略正方形状となる。

溝部１ａ、２ａの内壁面にはテフロン（登録商標）樹脂がコーティングされているので、管体Ｐと溝部１ａ、２ａとの摩擦が低減され、管体Ｐを溝部１ａ、１ｂの内壁面に沿って速やかに密着させることができ、測定に適した安定な状態に移行することができる。なお、テフロン（登録商標）樹脂の代りにグリス等の材料を塗布しても、滑り易くなり変形を容易とすることができる。

断面円形の管体Ｐを角形に変形させる理由は、管体Ｐを超音波送受信器４ａ、４ｂ及びその反対側の反射面を溝部１ａ、２ａの内壁面にそれぞれ密着させるためである。溝部１ａ、２ａによる断面を円形とすると、溝部１ａ、２ａを円形の管体Ｐの外面と正確に一致させなければならず、寸法に差があると、管体Ｐと溝部１ａ、２ａとの間に隙間が発生し、超音波ビームが良好に伝播できなくなる虞れがある。

挟着孔の内周は管体Ｐの外周よりも大きくされ、管体Ｐは挟着孔の隅部においては円弧状とされる。この関係が逆又は挟着孔の内周が管体Ｐの外周よりも大きくないと、管体Ｐを挟着して押圧した際に、管体Ｐに皺が寄ったり、壁面との間に隙間が生ずることになる。しかし、挟着孔の内周が管体Ｐの外周よりもあまりにも大き過ぎると、管体Ｐを押圧して挟着孔の内壁面に密着させることができなくなる。

図７は流量測定時の説明図であり、超音波送受信器４ａ、４ｂは演算制御手段２１に接続され、更に演算制御手段２１の出力は表示手段２２に接続されている。

流量測定に際しては、管体Ｐに測定すべき流体Ｆを流し、演算制御手段２１の信号により超音波送受信器４ａ、４ｂの一方からビーム伝達体６、７を介して管体Ｐ内の測定すべき流体Ｆ中に超音波ビームＢを発信する。この超音波ビームＢは管体Ｐの反対面において反射され、超音波送受信器４ａ、４ｂの他方において受信される。

超音波ビームＢの反射波は、図８に示すように管体Ｐの内壁の内面反射部で反射した内面反射波Ｂａと、固有インピーダンスの差が大きい管体Ｐと溝部２ａとの境界部である内壁面で反射した外面反射波Ｂｂとが得られる。しかし、外面反射波Ｂｂの方が受信レベルが大きいために、外面反射波Ｂｂを抽出して演算制御手段２１に送信する。

このようにして、超音波送受信器４ａ、４ｂにより超音波ビームＢの発信、受信を交互に繰り返す。この場合の超音波ビームＢの反射波は管体Ｐを平坦とした面において得られるので、従来の円形の管体よりも反射効率の良い反射ビームが得られる。

超音波ビームＢが流体Ｆの上流側から下流側に到達する往きの時間と、下流側から上流側に到達する戻りの時間との伝播時間差を演算制御手段２１により平均的に求める。この伝播時間差を基に、演算制御手段２１において公知の方法により流体Ｆの流速が算出される。

演算制御手段２１は流体Ｆの流速を求め、この流速を管体Ｐの内部断面積に乗じて流量値を算出する。しかし、管体Ｐは半部１、２により円形から四角形に変形しているために断面積は不明であることが多く、予めこの状態において、管体Ｐに所定の流量を流して校正をしておくことが好ましい。そして、得られた流量値は表示手段２２に表示する。

なお、実際には管体Ｐは流体Ｆを流し始めると、流体Ｆの圧力により管体Ｐは更に内壁面に接するように変形し、断面積が拡がる傾向にあるので、正確な流量は流体Ｆを流し初めてから若干の時間が経過した後に得られる。

測定が終了し、この超音波流量測定装置を管体Ｐから取り外す際には、図５、図６の状態においてロックレバー８を引き起こし、係止溝１ｂから係止筒１３を外すことによりクランプ機構を解除して、図３に示すように半部１、２同士を開離すればよい。

実施例１においては、半部１、２により形成される挟着孔は断面正方形としたが、他の形状の角型とすることもできる。例えば、図９に示す実施例２のように、挟着孔は半部１、２の溝部１ａ、２ａから成る長方形状としても、管体Ｐは溝部１ａ、２ａの内壁面に密着するために測定が可能である。

なお、図９以降においては、ヒンジ、クランプ機構の図示は省略している。

実施例３においては、図１０に示すように挟着孔は六角形状とされている。超音波送受信器４ａ、４ｂは半部１の溝部１ａの何れかの内壁面に配置し、管体Ｐの反射部を半部２において超音波送受信器４ａ、４ｂに対する内壁面とすればよい。この六角形状の場合は本来の円形の管体Ｐの形状に近いので、変形がより容易となる利点がある。

なお上述の実施例１〜３においては、管体Ｐに対する挟着孔は平坦な内壁面のみにより形成しているが、超音波送受信器４ａ、４ｂを配置した内壁面と、超音波ビームＢを反射する内壁面とを平面として、これらの平面に管体Ｐを密着させればよいので、それ以外の内壁面の形状は曲面等とすることもできる。

また、半部１、２は実施例では金属ブロックとしたが、要部に金属を用いた合成樹脂製とすることもできる。

１、２ 半部
１ａ、２ａ 溝部
１ｂ 係止溝
１ｃ、２ｂ 接合片
４ａ、４ｂ 超音波送受信器
８ ロックレバー
２１ 演算制御手段
２２ 表示手段
Ｆ 流体
Ｐ 管体

Claims (5)

1. 測定すべき流体を流し可撓性を有する柔軟な材料から成る管体に対して着脱自在とする超音波流量測定装置において、前記管体を挟着する第１、第２の半部を備え、前記第１、第２の半部の片側同士をヒンジ機構により回動自在に連結し、前記第１、第２の半部を閉止して他側同士をクランプ機構によりロックする構造とし、前記第１、第２の半部にはそれぞれ平面を含む複数の内壁面から成る溝部を形成し、前記第１、第２の半部を閉止した場合に前記第１、第２の半部の溝部同士が対向して前記管体に対する所定形状の挟着孔を形成し、前記第１の半部の平面の内壁面に前記管体を流れる流体の流れ方向に沿って一対の超音波送受信器を取り付け、前記管体の挟着に際して前記管体の外面が前記挟着孔の各内壁面に沿って接するように前記管体を変形させ、前記第１の半部の平面の内壁面に密着した前記管体の内部に前記一方の超音波送受信器からの超音波ビームを送信し、対向する前記第２の半部の平面の内壁面に密着した前記管体で反射した前記超音波ビームを前記他方の超音波送受信器で受信するようにしたことを特徴とする超音波流量測定装置。
2. 前記挟着孔の内周は前記管体の外周よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量測定装置。
3. 前記第１、第２の半部の溝部の内壁面は直角二等辺三角形の直角を挟む２辺とし、前記挟着孔の４つの内壁面に沿って前記管体の外面が接するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量測定装置。
4. 前記第１、第２の半部の溝部の内壁面に、前記管体が滑り易い材料を塗布したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
5. 前記超音波ビームの反射波は前記管体と前記第２の半部の溝部の内壁面との境界部から得ることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。

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