JP4940384B1

JP4940384B1 - 超音波流量測定装置

Info

Publication number: JP4940384B1
Application number: JP2012005307A
Authority: JP
Inventors: 英一村上
Original assignee: Atsuden Co Ltd
Current assignee: Atsuden Co Ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: JP2013145155A

Abstract

【課題】弾性を有する管体に対して、着脱を容易に行い管体内の流体の流量を測定する。
【解決手段】本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４は連結軸を介して回動自在に連結され、上面板３の端部に連結軸を介して爪部５ａを有する錠止板５から成るクランプ機構が設けられ、固定板６が左側面板２に重ねて回動自在に設けられている。本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４を折り畳むことにより、これらの内面部により正方形の挟着孔１６が形成され、本体１の内面部には一対の超音波送受信器が埋設されている。
挟着孔１６により管体Ｐを挟着し、錠止板５、固定板６を用いて挟着孔１６を保持すると、管体Ｐは変形して挟着孔１６にほぼ密着する。流量測定に際し超音波送受信器の一方から、管体Ｐ内の流体中に超音波ビームを発信すると、管体Ｐの反対面において反射され、超音波送受信器の他方において受信される。
【選択図】図７

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。

また、これらの超音波流量測定装置は複数の金属のブロック体を使用しているために、管体の径が大きくなると重量が大きくなって、取り扱いが厄介となる問題がある。

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で、軽量化した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弾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ためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結する内面部を有する本体及びそれぞれ内面部を有する３個の面板を備え、これらの本体及び面板の内面部により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記本体の内面部に前記管体の長手方向に沿って一対の超音波送受信器を配列し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記本体の内面部に接した前記管体内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、前記本体と対向する位置の前記面板の内面部に接した前記管体で反射した超音波ビームを、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は、管体に対する着脱が容易であり、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。

実施例の超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。本体の断面図である。左側面板、右側面板を立ち上げた状態の斜視図である。挟着孔を形成する過程の側面図である。挟着孔を形成する過程の側面図である。管体を挟着し始める状態の側面図である。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。超音波ビームの波形図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は弾性を有する管体の外側に着脱自在に取り付けて使用する超音波流量測定装置の使用前の斜視図である。本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４、錠止板５、固定板６がヒンジ機構により折り畳み自在に連結されている。即ち、本体１の端部１ａには左側面板２、固定板６が共通の連結軸７を介して左側面板２を内側として重ね合わせて連結され、更に左側面板２の他端部に連結軸８を介して上面板３が順次に連結され、更に上面板３の他端には連結軸９を介して錠止板５が連結されている。また、本体１の他方の端部１ｂには連結軸１０を介して右側面板４が連結されている。

底面に位置する本体１は合成樹脂により例えば射出成型して形成され、左側面板２、上面板３、右側面板４、錠止板５、固定板６は金属板をプレスにより打抜きして、面部、両側部を有する断面コ字状に折曲されている。そして、連結軸７、８、９、１０を各両側部に設けた孔部に挿通することにより連結されている。本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４の内面部は平面とされ、これらの内面部には、管体の滑りを良好にするために例えばテフロン（登録商標）樹脂がコーティングされたり、鍍金が施されている。

錠止板５の連結軸９側の両側部には爪部５ａが形成され、これらの爪部５ａに係合するための錠止軸１１が右側面板４の端部に設けられている。また、錠止板５の自由端にはその辺部に平行にスリット溝５ｂが形成されている。更に、固定板６の両側部の自由端には、固定板６の面部の辺６ａに平行に回転軸１２が回転自在に軸支されており、回転軸１２の中央部は稍々径が大きい嵌合部１２ａとされ、錠止時にはこの嵌合部１２ａの一部が、錠止板５のスリット溝５ｂに嵌合するようにされている。

図２に示すように、本体１の内面部には各連結軸７〜１０と平行方向に、つまり後述する管体の長手方向に沿って、一対の超音波送受信器１３ａ、１３ｂが埋設され、これらの超音波送受信器１３ａ、１３ｂはリード線１４を介して後述する測定回路部に接続されている。そして、超音波送受信器１３ａ、１３ｂは合成樹脂から成るビーム伝達体１５ａ、１５ｂを介して本体１の内面部に面している。

図３は左側面板２、右側面板４を立ち上げた状態の斜視図である。左側面板２は固定板６と共に連結軸７を介して本体１の端部１ａに対して回動可能とされているが、左側面板２の面部の辺２ａが本体１の内面部に当接することにより、左側面板２は本体１に対して略９０度よりも内側に回動しないようにされている。また、左側面板２よりも長さの長い右側面板４も同様に連結軸１０を介して本体１の端部１ｂに対して回動可能とされ、右側面板４の面部の辺４ａが本体１の内面部に当接することにより、右側面板４は本体１に対して略９０度よりも内側に回動しないようにされている。

更に、上面板３は連結軸８を介して左側面板２に対して回動可能とされているが、左側面板２の面部の辺２ｂに上面板３の面部が当接することにより、上面板３は左側面板２に対して略９０度よりも内側に回動しないようにされている。

図４に示すように、左側面板２、右側面板４が立ち上がり、更に上面板３が略９０度内側に回動した状態において、錠止板５の爪部５ａを右側面板４の端部に設けられた錠止軸１１に係合し、錠止板５を連結軸９を中心に矢印のように折り返す。これにより、爪部５ａは錠止軸１１に噛み込み、爪部５ａが錠止軸１１を引き寄せるクランク機構によって、上面板３の面部の先端面は右側面板４の面部上端に当接し、上面板３と右側面板４は略９０度の関係に保たれる。

このように、本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４を折り畳むことにより、これらの部材による管体に対する四角形の挟着孔１６が形成されることになる。この挟着孔１６の形態を維持するために、図５に示すように固定板６を左側面板２の背面に重ねるように回動して立ち上げ、その端部に設けた回転軸１２を回転させながら、回転軸１２の嵌合部１２ａの表面部を錠止板５のスリット溝５ｂに嵌合させる。

本実施例の超音波流量測定装置を使用するに際しては、例えば本体１の裏側に設けた図示しない複数のビス穴にボルトをねじ込むことにより固定すべきフレームに取り付ける。次いで、図６に示すように本体１上に、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、弾性を有する柔軟な材料から成る管体Ｐを載置し、左側面板２、上面板３、右側面板４を折り畳んで管体Ｐの周囲を取り囲む。次いで、錠止板５の爪部５ａを錠止軸１１に当てがい、連結軸９を中心に錠止板５を回動して錠止軸１１を引き寄せクランプ機構による錠止がなされる。

この錠止板５による締め付けに際しては、管体Ｐの弾性に抗して管体Ｐを変形させることになるので、錠止板５の回動には若干の抵抗が生ずるが、爪部５ａによる係止が確実になされることになる。

錠止軸１１による錠止に続いて、図７に示すように固定板６を立ち上げ回転軸１２の嵌合部１２ａをスリット溝５ｂに嵌合させることにより、錠止板５が固定される。この嵌合は回転軸１２が回転自在とされているため、嵌合部１２ａを錠止板５上を回転させながら移動できるので、比較的容易に嵌合させることができる。

このようにして、本体１と３個の面板つまり左側面板２、上面板３、右側面板４による例えば断面正方形の挟着孔１６によって管体Ｐを挟着する。弾性を有する管体Ｐは、挟着孔１６の内面部により周囲から押圧されて変形し、管体Ｐは部分的にこの内面部に密着した略正方形状となる。このとき、本体１に設けた一対の超音波送受信器１３ａ、１３ｂは管体Ｐの長手方向に沿って配列されることになる。

本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４の内面部は樹脂や鍍金により滑り易いように処理しておけば、この挟着に際して管体Ｐと挟着孔１６との摩擦が低減され、管体Ｐを内面部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形態に移行することができる。なお、グリス等を内面部に塗布することも効果的であり、管体Ｐの変形を容易とすることができる。

断面円形の管体Ｐを四角形に変形させる理由は、管体Ｐの一部を超音波送受信器１３ａ、１３ｂ及びその反対側の反射面を上面板３の内面部にそれぞれ密着させ、超音波ビームの送受信及び反射を効率良くかつ確実に行うためである。しかし、左側面板２、右側面板４においても、管体Ｐを密着させることが必要である。つまり、管体Ｐの形状を規制して管体Ｐの断面積を所定の大きさにしておかなければ、流速と管体Ｐの断面積を乗じて演算する流量値が、正確に得られないからである。

本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４による挟着孔１６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１６の隅部においては円弧状となる。この関係が逆で、挟着孔１６の内周が管体Ｐの外周よりも小さいと、管体Ｐを挟着して押圧した際に、管体Ｐに皺が寄ったり、管体Ｐが内側に凹んで内面部との間に隙間が生ずることになる。しかし、挟着孔１６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１６の内面部に密着させることができなくなる。

図８は流量測定時の説明図であり、超音波送受信器１３ａ、１３ｂはリード線１４を介して、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、図８に示すように管体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１３ａ、１３ｂの一方からビーム伝達体１５ａ、１５ｂ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は流体Ｆ中を伝播して管体Ｐの対向する反対面において反射され、超音波送受信器１３ａ、１３ｂの他方において受信される。

超音波ビームＢの反射波は、管体Ｐの内面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の外面との境界部である金属製の上面板３の内面部で反射した外面反射波Ｂｂとが得られる。しかし、実施例では外面反射波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１３ａ、１３ｂ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を平坦に変形した上面板３において得られるので、従来の円形のままの管体よりも反射効率の良い反射波が得られる。

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。なお、管体Ｐは挟着孔１６により円形から四角形に変形させているために、その内部断面積の大きさ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すれば内部断面積を推定できるので、この校正値を用いて流量を求めればよい。そして、得られた流量値は表示手段２２に表示される。

なお、実際には流体Ｆを流し始めると、流体Ｆの圧力により管体Ｐは更に挟着孔１６の内面部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を流し始めてから、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７の状態において、固定板６を錠止板５から外し、更に錠止板５を引き起こして錠止軸１１から爪部５ａを外すことによりクランプ機構を解除し、図６に示すように本体１、左側面板２、上面板３、右側面板４同士の折り畳みを開離すればよい。

なお上述の実施例においては、クランプ機構の保持のために固定板６を用いたが、固定板６を用いることなく、例えば爪部５ａの位置、形状の工夫、管体Ｐの弾性を利用することにより、錠止板５による締め付けと同時に、錠止板５自体が固定されるクランプ機構としてもよい。或いは、固定板６に代えた他のクランプ固定機構を適用できる。

また、非使用時には実施例のように全ての部材を連結しておくのではなく、使用時にヒンジ機構により適宜に連結して組立てるような構成とすることも可能である。

更に、本体１は金属製であってもよく、また左側面板２、上面板３、右側面板４は実施例では金属製としたが、合成樹脂製又は要部に金属を用いた合成樹脂製とすることもできる。

なお、実施例においては内面板を有する部材を、左側面板２、上面板３、右側面板４として説明したが、左右、上下は説明の都合上のことであり、左右が反対、上下が反対であってもよいことは勿論である。

１本体
２左側面板
３上面板
４右側面板
５錠止板
６固定板
１３ａ、１３ｂ超音波送受信器
１５ａ、１５ｂビーム伝達体
２１演算制御手段
２２表示手段
Ｆ流体
Ｐ管体

Claims

測定すべき流体を流し弾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ためにヒンジ機構により折り畳み自在に連結する内面部を有する本体及びそれぞれ内面部を有する３個の面板を備え、これらの本体及び面板の内面部により前記管体を囲む四角形の挟着孔を組立て、クランプ機構により錠止し前記挟着孔を保持する構造とし、前記本体の内面部に前記管体の長手方向に沿って一対の超音波送受信器を配列し、前記管体を変形させて前記挟着孔の各内面部に密着させることにより挟着し、前記本体の内面部に接した前記管体内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、前記本体と対向する位置の前記面板の内面部に接した前記管体で反射した超音波ビームを、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。
前記３個の面板は左側面板、上面板、右側面板と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。
前記ヒンジ機構は連結軸と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。
前記クランプ機構は爪部を有し軸を中心に回動する錠止板を用いて前記挟着孔を錠止するように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。
前記錠止の保持に固定板を用いて、前記錠止板による錠止を固定したことを特徴とする請求項４に記載の超音波流量測定装置。
前記挟着孔は正方形としたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
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１〜６の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
前記本体及び面板の内面部に前記管体を滑り易くする処理を施したことを特徴とする請求項１〜７の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。
前記超音波ビームの反射波は前記管体の外面と前記面板の内面部との境界部から得ることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つの請求項に記載の超音波流量測定装置。