JP5060616B2 - 測定装置もしくは表示装置を物体に固定するための装置 - Google Patents

Description

本発明は測定装置もしくは表示装置を物体に固定するための装置に関する。測定装置とは、例えば圧力センサーもしくは温度センサー、超音波センサー、またはクランプオン流量計、例えば本特許出願と同時に出願された本譲受人の特許出願に詳細に記載されているような、フローボックスと呼ばれる形式のものなどである。

クランプオン超音波流量計は、プロセス／オートメーション技術でよく利用される。クランプオン超音波流量計は、パイプラインに外側から取り付けられるので、パイプライン中の媒体の体積流量および／または質量流量の非接触測定が可能である。クランプオン超音波流量計は、例えばEP 0 686 255 B1、US特許4,484,478、もしくはUS特許4,598,593に記載されている。通常、超音波センサーは、中の流量が確認されるパイプラインに、ベルトで個別に固定される。

本譲受人から利用可能な超音波流量計は、伝播時間差の原理に従って作動する。伝播時間差の原理では、媒体の流れ方向と、媒体の流れ方向とは逆の方向において、超音波測定信号の異なる伝播時間が評価される。このため、超音波センサーの超音波測定信号は、媒体の流れ方向と、媒体の流れ方向とは逆向きに、交互に送信もしくは受信される。超音波測定信号の伝播時間差に基づいて流速を測定でき、それとともに、管の直径がわかる場合には、体積流量、例えば体積流量率を測定でき、あるいは媒体の密度がわかる場合には、質量流量を測定できる。

伝播時間差の原理に従って作動するクランプオン超音波流量計の場合には、超音波測定信号は、中に媒体があるパイプラインの中へ所定の角度で照射される。超音波変換器によって容器の中へ照射されるエネルギーのできるだけ多くの部分が別の超音波センサーによって受信されるように、二つの超音波センサーは互いに規定の間隔をあけなければならない。パイプライン上の超音波センサーの特定位置は、パイプラインの内径と、媒体中の音速によって決まる。他の適用パラメータとしては、パイプラインの壁厚と、パイプラインの物質中の音速があげられるが、これらは時に比較的大きな測定誤差につながることがある。

これに加え、既知のクランプオン超音波流量計は、例えばねじ回しなどの追加の取り付け器具がないとパイプラインに取り付けることができない。さらに、既に述べたように、最適な結合／分離範囲で超音波センサーを位置づけ、その後取り付けることは、きわめて困難である。

本発明の目的は、パイプラインへのクランプオン流量計の取り付けを著しく簡略化する装置を提供することである。

この目的は以下の特徴によって実現される。すなわち、細長いガイド部材が提供され、その上に、測定装置および／または表示装置用の位置合わせ器具とホルダーが、ガイド部材の長手方向に移動可能なように配置される。位置合わせ器具とホルダーは、物体が位置合わせ器具とホルダーの間にクランプ（固定）されるように互いに位置づけることができる。弾性張力装置が提供され、それを用いて、測定装置もしくは表示装置を規定のクランプ力で物体に対して押し付けることができる。位置合わせ器具は角柱であることが好ましく、パイプラインの長手方向軸に平行にのびる互いに対称な二つの接触線の領域で、パイプラインに隣接する。位置合わせ器具を用いて保持装置を所定の位置に合わせセンタリングすることにより、保持装置はパイプラインの長手方向軸まわりにのみ回転可能である。残りの自由度は予め規定される。さらに有利なことに、パイプラインの公称直径が小さい場合には、重量配分の平衡も保たれる。また、本発明の装置をパイプラインに固定することで、不安定なパイプラインが変形することもない。

序文で既に述べた通り、測定装置は、パイプラインを通る媒体の流量を伝播時間差の原理に従って測定する、少なくとも二つの超音波センサーを持つフローボックスであることが好ましい。当然ながら、超音波センサーはドップラーの原理によって流量を確認する超音波センサーであってもよい。第一の実施例では、二つの超音波センサーは、常に一方の超音波センサーから送信される超音波測定信号の最大割合が第二の超音波センサーで受信されるように、互いに位置づけることができる。当然ながら、本発明の取り付けシステムを少なくとも二つの超音波センサーの各々に関連付けることも可能である。常にパイプラインの長手方向軸に平行である、超音波センサーの単純な位置決めにより、本発明は、必要であれば超音波センサーをそのまっすぐな接続線に沿って動かすだけで十分である。追加器具を必要としない、パイプラインへの取り付け装置の簡単な取り外しと固定により、正確な位置での取り付けを著しく簡略化できる。

本発明の装置は特に、公称直径が小さいパイプラインへの測定装置および／または表示装置の固定にとって最適である。測定装置もしくは表示装置用の位置合わせ器具とホルダーの間の、設定された規定のクランプ力により、パイプラインの変形を効果的に防止できる。さらに、弾性の軸受（台座）により、変化する環境条件下でも、特に変化する温度条件下でも、クランプ力が原則的に一定であることが常に保証される。単数もしくは複数の超音波センサーをパイプラインに結合させる上で、このことは良好な測定性能に不可欠である。

通常、パイプラインに外側から取り付けられる超音波センサーの場合、例えば結合マットなどの結合層が、超音波センサーの軸受面とパイプラインの間に備えられる。この結合層は、測定信号の大部分がパイプラインと媒体に結合されるように、測定信号の反射部分をできるだけ小さく抑える。結合層の特性は、そこにかかる圧力に応じて変化し得るので、ここでもまた、クランプ力、すなわちクランプ圧力が原則的に一定であることが非常に重要である。言い換えれば、本発明のホルダーは接触面にかかる一定圧力によって傑出する。

本発明の装置の好ましい実施形態では、ガイド部材は中空軸である。さらに、中空軸の中には、第一の支持部材によって上部に、かつ第二の支持部材によって下部に取り付けられる、もしくは取り付け可能な、引張ばねが配置されることが規定される。最も簡単な場合には、支持部材はピンである。

さらに、上部ピンはホルダーに剛結合し、ガイド部材上の定位置に配置されることが規定される。下部ピンは位置合わせ器具に剛結合し、ガイド部材の表面上の細長い空洞の中へ導かれ、ひいては規定の範囲内でガイド部材に対して軸方向に移動可能なように位置する。このため、空洞は細長い穴であることが好ましいが、ガイド部材の長手方向軸の方向に向けられる。

さらに、下部ピンは取り付け装置を用いて細長い空洞内の規定の位置に位置づけることができると規定される。取り付け装置はローレットねじもしくは圧力ピンであることが好ましい。

さらに、本発明の装置の有利な実施形態に従って、弾性張力装置が回転つまみとばね部材から構成され、この二つはガイド部材もしくは中空軸の上部に配置されることが規定される。

好ましい別の実施形態として、弾性張力装置は、レバーを動かすことによって作動される迅速クランプ締め具であることが規定される。

既に前述した通り、測定装置は超音波センサーであるか、もしくは中に少なくとも二つの超音波センサーが配置されるフローボックスと呼ばれるものである。

以下を示す図面に基づいて、本発明をより詳細に説明していく。
中空軸の領域の部分的な1/4断面を含む、本発明の装置の第一の実施形態を斜視図で示す。 図１に図示された実施形態の異なる図を示し、図１における方向ＡＡからの図を示す。 図１に図示された実施形態の異なる図を示し、図１における方向ＢＢからの図を示す。 図１に図示された実施形態の異なる図を示し、図１における方向Ｃからの図を示す。 伸張した引張ばねとフローボックスを備える本発明の装置の第二の実施形態を示す。 センサーのない、角柱のない、もしくは位置合わせ器具のない本発明の装置の第三の実施形態を示す。

図１は、ガイド部材6の領域の部分的な1/4断面を含む、本発明の装置の第一の実施形態を斜視図で示す。補足として、図２ａ、２ｂ、２ｃは図１に図示された実施形態の異なる図を提供する。すなわち、図２ａは図１における方向ＡＡからの図を示し、図２ｂは図１における方向ＢＢからの図を示し、図２ｃは図１における方向Ｃからの図を示す。

本発明の固定装置1は、ガイド部材6（ここでは中空軸6であり、その中にばね部材4が配置されている）、センサーホルダー11、位置合わせ器具2、ローレットねじ7、および回転つまみ3から構成される。ばね部材4は引張ばねとして具体化され、ピン8、9によって二つの末端領域に定位置で取り付けられる、もしくは取り付け可能である。ピン8、9は二つの機能を持つ。すなわち、これらは一方ではばね部材4に対してピンを保持もしくは支持する役目を持ち、他方では、センサーホルダー11に対して位置合わせ器具2が常に正確に位置づけられるように、位置合わせ器具2とホルダー11を位置づける役目を持つ。図示された実施例では、位置合わせ器具2は角柱である。しかしながら位置合わせ器具2は、面取りピン、角度部品、刻み目もしくは穴であってもよい。

下部ピン9は角柱2に固定して接続され、中空軸6の外壁内に位置するガイドギャップ12（ここでは細長い穴である）の中へ導かれる。このようにして、センサーホルダー11、もしくはセンサー10、17、18に対して、角柱すなわち位置合わせ器具2の所望の位置合わせが各位置において保証される。

本発明の装置1を取り付けるために、次の手順が実行される。すなわち、
ローレットねじ7を外し、パイプライン15が角柱2とセンサーホルダー11の間に位置づけられるように充分に角柱2とセンサーホルダー11を互いに離す。ホルダー11をパイプライン15に固定した後、ばね部材4に引張力がかからなければ、パイプライン15は、角柱2と、センサーホルダー11もしくはセンサー10、17、18との間にクランプされる。従って、やむを得ずパイプライン15の外径が大きい場合には、パイプライン15の外径が小さい場合よりも高いクランプ圧力に達することになる。例えばねじクランプなどの既知の固定装置は反対の動きを示す。

その後、ローレットねじ7を用いて引張ばね4がこの位置に固定される。管もしくはパイプ、壁の変形がないと予想される材料で作られたパイプライン15の場合には、本発明の取り付け装置1は回転つまみ3で引っ張られる。回転つまみ3の中には皿ばね5が配置され、これにより、パイプライン15の直径に影響し得る温度変動を受けても、もともと設定されたクランプ圧力は変化しないままとなる。このことによってのみ、センサー17がその後その定位置から外れないことが保証されるので、超音波センサー17もしくはフローボックス18をパイプラインに取り付ける上で、このことは特に重要である。中空軸6の中に位置する引張ばね4自体は、パイプライン15の大まかな位置にセンサー17を追加器具なしに迅速に固定することを可能にする取り付け器具に過ぎない。しかしながら引張ばね4は本発明に絶対に必要というわけではない。ねじを用いて保持装置1をパイプライン15にクランプすることもまた可能である。従って皿ばね5は、温度が変化する場合に、保持装置1のクランプ力が変わらないままであることに配慮するものである。このことによってのみ、取り付け後にセンサー17がもはや動かないことが保証されるので、このことは重要である。パイプが非常に壊れやすい場合、もしくはセンサーを一時的に取り付ける場合には、引張ばねのクランプ力でほとんど十分であり、皿ばねは必ずしも必要ではない可能性がある。

本発明の装置1の最も重要な利点は、一つのクランプ部材のみを用いて、所望のクランプ圧力でパイプライン15へ取り付けられるということである。保持装置の取り付け用の道具は必ずしも必要ではない。従って取り付けを迅速に、安全に、かつ簡単に行うことができる。時には、特にスチールパイプの場合、結合マット20もしくは結合部材がセンサー17とパイプライン15の間に配置される。超音波センサー17の場合、これによって送信信号および／または受信信号の最大限の割合がセンサー17とパイプライン15の間の境界面を通過することが保証される。結合手段20の結合動作は圧力依存性である可能性があるので、環境条件が変化する場合、ここでは特に温度が変化する場合、一定のクランプ圧力を維持することが極めて重要である。従って上記の考察によれば、本発明の装置とともに、場合によっては結合マット20をセンサー17とパイプラインの間に問題なく挿入できることは明らかである。これは例えばパイプライン15がスチール製である場合に当てはまる。

本発明の保持装置1をパイプライン15に弾性的に取り付けることにより、温度変化に起因するパイプライン15の直径の増加がパイプラインの変形にはつながらず、他方で、パイプライン15の直径が温度変化のために減少する際には、一度設定された所望のクランプ圧力が大きく変わることはない。こうして、所望のクランプ力を得て、所望の位置決めを維持することが確実となる。

図３は、本発明の装置の第二の実施形態を示す。単一センサー17もしくは表示装置の代わりに、ここではいわゆるフローボックス18がパイプライン15に取り付けられる。このフローボックスは、本出願と同時に出願された出願人もしくは譲受人の特許出願において詳細に記載されている。この同時になされた特許出願の開示は、引用により本特許出願の開示に組み込まれる。フローボックス18の中には、パイプライン15を通る媒体の流量を伝播時間差の原理によって確認する少なくとも二つの超音波センサー17が配置される。図示された実施形態では、例えば遠隔の上位制御局（図３には個別に図示されていない）とのデータ交換のためのディスプレイ14およびインターフェース13が、フローボックス18の上にある。通信は、例えば無線などのワイヤレスで、もしくは光通信で、もしくはケーブルで行ってもよい。

図４は、本発明の装置1の別の変形例を示す。ここで、前述した二つの実施形態と比較して本質的な違いは、うまく取り付けることを目的として、皿ばね5と回転つまみ3の代わりに、迅速クランプ締め具16が、本発明の装置をパイプライン15にクランプするために利用されることである。そうした迅速クランプ締め具は、例えば自転車への車輪の取り付け用に利用される。

［参照記号リスト］
1 本発明の装置
2 位置合わせ器具／角柱
3 回転つまみ
4 ばね部材／引張ばね
5 ばね部材／皿ばね
6 ガイド部材／中空軸
7 ローレットねじ
8 第一の支持部材／上部ピン
9 第二の支持部材／下部ピン
10 測定装置／表示装置
11 測定装置もしくは表示装置用のホルダー／センサーホルダー
12 ガイドギャップ／細長い空洞／細長い穴
13 データ通信用インターフェース
14 ディスプレイ
15 パイプライン
16 迅速クランプ締め具
17 超音波センサー
18 フローボックス
19 追加センサー設置点
20 結合手段（ここでは結合マット）

Claims (9)

1. 測定装置もしくは表示装置（10、17、18）を物体（15）に固定するため、または定位置固定するための装置（1）であって、
   細長いガイド部材（6）を含み、その上に、前記測定装置もしくは前記表示装置（10、17、18）のための位置合わせ器具（2）とホルダー（11）が、前記ガイド部材（6）の長手方向に移動可能なように配置され、
   前記位置合わせ器具（2）と前記ホルダー（11）は、前記物体（15）が前記位置合わせ器具（2）と前記ホルダー（11）の間にクランプされるように互いに位置づけることができ、
   弾性張力装置（3、5）が備わり、前記弾性張力装置を用いて、前記測定装置もしくは前記表示装置（17、18）を規定のクランプ力で前記物体（15）に押し付けることができ、
   前記ガイド部材（6）が中空軸であり、第一の支持部材（8）によって上部に、かつ第二の支持部材（9）によって下部に取り付けられる、もしくは取り付け可能な、引張ばね（4）が前記中空軸（6）の中に配置される、
   ことを特徴とする、装置。
2. 前記第一の支持部材（8）が前記ホルダー（11）に剛結合し、前記ガイド部材（6）もしくは前記中空軸におけるギャップの中へ導かれることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第二の支持部材（9）が前記位置合わせ器具（2）に剛結合し、前記第二の支持部材（9）が、前記ガイド部材（6）の前記長手方向軸の方向に向けられた細長い空洞（12）の中へ導かれることを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の装置。
4. 取り付け装置（7）を用いて、前記細長い空洞（12）に対して規定の位置に前記第二の支持部材（9）を取り付けることができることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記取り付け装置（7）がローレットねじもしくは圧力ピンであることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記弾性張力装置（3、5）が、前記ガイド部材（6）もしくは前記中空軸の上部に配置される回転つまみ（3）およびばね部材（5）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記弾性張力装置が迅速クランプ締め具（16）であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記測定装置が超音波センサー（17）であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 前記測定装置が、中に少なくとも二つの超音波センサー（17）が配置されるフローボックス（18）であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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