JP6217021B2 - 超音波による温度測定及び探傷方法超音波による温度、欠陥の測定方法ならびにその測定装置 - Google Patents
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Description
また、遠隔位置あるいは狭隘部の温度を測定する場合には、光ファイバなどを利用して、遠隔位置あるいは狭隘部での超音波センサによる超音波伝播を実現し、その反射波の戻り時間を測定し、基準音速との対比を行い、超音波の速度の変化から液体の温度を測定する方法が用いられている。(特許文献2)
さらに、超音波を利用した一般的な温度測定の原理は数多く紹介されているが、基本原理的な技術紹介であり、実用に即した測定方法とするためには種々の工夫が必要とされる。(非特許文献1)
しかしながら、これらは、超音波センサが正常に稼働できる比較的低温の環境に限られたものである。
からなる超音波による温度、欠陥の測定方法である。
まず、温度測定用の超音波センサが測定環境外あるいは遠隔に設けることができるため、測定環境の高温ならびに放射線環境下に耐える温度測定を実現できる。また、特別の環境温度対応の構造が不要であり、安価に製造することができる。
一方、挿入する金属棒が剛体であり、予め測定環境内、例えば、測定環境構造物の建造時に予め金属棒を組み込んでおくことも可能である。
欠陥の測定方法であって、前記超音波センサから発信する超音波を制御する超音波発信制御手段と、超音波センサが受信した超音波を制御する超音波受信制御手段と、前記超音波発信制御手段の情報と前記超音波受信手段の情報から、前記測定環境の温度を解析する温度解析手段と、前記金属棒先端部から反射された超音波を基に前記金属先端部近傍の構造物の欠陥を探傷する探傷手段と、からなる超音波による温度、欠陥の測定方法ならびに測定装置である。
なお、以降の説明において、温度、欠陥の測定装置を測定装置、超音波媒体である金属棒を金属棒、制御プログラム/記憶装置を制御PRGと略して説明する。
手段2e1、超音波受信制御手段2e2、探傷手段2e4については、特許文献1、2、非特許文献1を始め、一般的に公開されている技術であり、それらの技術を適宜利用するものであるため、本発明では詳述しない。
超音波の速度と、温度との関係は、次式で表される。
T=2・Δ/V (2)
ここで、Vは音速(m/s)、tは測定位置の温度(℃)、aは超音波伝播材料毎に決定される基準音速で定数(m/s)、bは超音波伝播材料毎に決定される温度に対する音速の変動定数、Tは超音波が1対の測定用切込みから戻ってきた時間の差(s)、Δは1対の測定用切込みの間隔(m)である。
この2つの式から、次式を得ることができる。
tを演算することによって、測定環境の測定位置の温度を測定することができる。
図2a)は、図1の金属棒4における測定用切込みを1対設置した場合を表わしているが、測定用切込みの符号は図1と合わせて表示している。
図2b)は、超音波センサにおける超音波の送受信の信号を示したものである。
(1)は、超音波センサから発信された超音波の戻り波の受信信号であり原信号と称す。図中の波形は、A点での反射信号、測定用切込みB、C点での反射信号、金属棒4と構造物5との接点であるH点での反射信号、さらに、構造物5に存在する欠陥Iからの反射信号を表わす。
(2)は、構造物5の欠陥がない場合のリファレンス信号である。
ここで、リファレンス信号は、温度等を測定する前、予め、1)金属棒を液体中に入れる前、2)金属棒を液体中に入れるが、構造物に接触させる前に、リファレンス信号を取得しておく。
このB−C間での超音波伝播時間から上述の演算式によって、測定位置での温度を測定する。
図3a)は図2b)(1)の原信号を表し、図3b)は図2b)のリファレンス信号を表し、図3c)は図2c)の信号抽出(探傷)を表し、図3d)は信号抽出(温度)を表わしている。
〔実施例1〕
本発明の実施例1として、超音波による温度測定の測定精度について図4を基に説明する。
実施例1に使用する各機器類の仕様は次の通りである。
1)超音波発信源(印加電圧):約マイナス400Vのパルス電圧
2)超音波センサの中心周波数:約5MHz
3)金属棒の材質:ステンレス鋼
4)金属棒の径:φ10mm
5)測定点(1)(の左側の測定用切込み)までの長さ:130mm
6)測定点(2)(の左側の測定用切込み)までの長さ:850mm
7)測定点(1)の間隔:100mm
8)測定点(2)の間隔:100mm
9)熱電対の型式:K型(クロメル-アルメル)
測定温度として、測定点(1)を常温測定し、測定点(2)の部分を電気炉7に収納して電気炉の加熱によって複数の高温環境条件を設定し、超音波による温度測定と熱電対による温度測定の精度比較を行った。
さらに、詳細な校正を行うことによって、測定誤差を2%程度まで小さくすることが可能との見通しを得た。
〔実施例2〕
つぎに実施例2として、超音波による温度測定と測定環境内の構造物の傷の探傷について、図6、図7、図8を基に説明する。
図6は、超音波センサ3の先端部に金属棒4を接続し、該金属棒4を恒温槽内の水中に挿入し、該金属棒4の測定点(1)となる位置に1対の測定用切込みを設け、さらに金属棒4の先端に密着する形で、底面部に欠陥を設けた構造物(SUSブロック)を配設した実施例2の構成図である。
実施例2に使用する各機器類の仕様は次の通りである。
1)超音波発信源(印加電圧):約マイナス400Vのパルス電圧
2)超音波センサの中心周波数:約5MHz
3)金属棒の材質:タングステン
4)金属棒の径:φ10mm
5)測定点(1)(の左側の測定用切込み)までの長さ:140mm
6)測定点(1)の間隔:30mm
7)熱電対の型式:K型(クロメル-アルメル)
表2には、超音波による温度測定と熱電対による温度測定との温度測定の精度の比較結果を示す。
射境界からの超音波反射、金属棒4の先端からの反射信号に合わせて、信号の右端部にあるように構造物の欠陥からの反射も明確に把握されている。
2…制御装置
2a…制御部
2b…I/Oポート
2c…送信回路
2d…受信回路
2e…記憶部(制御プログラム/記憶装置)
2f…入力部
2g…表示部
3…超音波センサ
4…金属棒(超音波の伝播媒体)
5…構造物
6…熱電対
7…電気炉
A…超音波の発信・受信基点
B…第1測定用切込みの1番目の切込み
C…第1測定用切込みの2番目の切込み
D…第2測定用切込みの1番目の切込み
E…第2測定用切込みの2番目の切込み
F…第3測定用切込みの1番目の切込み
G…第3測定用切込みの2番目の切込み
H…構造物の欠陥
Claims (6)
- 測定環境に、超音波の伝搬媒体となる金属棒に、測定用切込みを対にして設け、該金属棒を測定環境に挿入し、超音波センサによって前記金属棒に超音波を伝播させ、前記金属棒の測定用切込みならびに金属棒先端部からの反射波を解析することによって測定環境の温度と測定環境内にある構造物の欠陥の有無とを測定する超音波による温度、欠陥の測定方法であって、
前記超音波センサから発信する超音波を制御する超音波発信制御手段と、
超音波センサが受信した超音波を制御する超音波受信制御手段と、
前記超音波発信制御手段の情報と前記超音波受信手段の情報から、前記測定環境の温度を解析する温度解析手段と、
前記金属棒先端部から反射された超音波を基に前記金属先端部近傍の構造物の欠陥を探傷する探傷手段とからなる
ことを特徴とする超音波による温度、欠陥の測定方法。 - 前記対となる測定用切込みは、測定点の位置に合わせて前記金属棒の複数位置に設けることを特徴とする請求項1に記載の超音波による温度、欠陥の測定方法。
- 前記金属棒は、測定環境の高温ならびに、放射線環境下に耐える高融点材料であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の超音波による温度、欠陥の測定方法。
- 測定環境に、超音波の伝搬媒体となる金属棒に、測定用切込みを対にして設け、該金属棒を測定環境に挿入し、超音波センサによって前記金属棒に超音波を伝播させ、前記金属棒の測定用切込みならびに金属棒先端部からの反射波を解析することによって測定環境の温度と測定環境内にある構造物の欠陥の有無とを測定する超音波による温度、欠陥の測定装置であって、
前記超音波センサから発信する超音波を制御する超音波発信制御手段と、
超音波センサが受信した超音波を制御する超音波受信制御手段と、
前記超音波発信制御手段の情報と前記超音波受信手段の情報から、前記測定環境の温度を解析する温度解析手段と、
前記金属棒先端部から反射された超音波を基に前記金属先端部近傍の構造物の欠陥を探傷する探傷手段とからなる
ことを特徴とする超音波による温度、欠陥の測定装置。 - 前記対となる測定用切込みは、測定点の位置に合わせて前記金属棒の複数位置に設けることを特徴とする請求項4に記載の超音波による温度、欠陥の測定装置。
- 前記金属棒は、測定環境の高温ならびに、放射線環境下に耐える高融点材料であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の超音波による温度、欠陥の測定装置。
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