JP6544844B1 - 超音波式流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管体に対して着脱を容易に行って流量を測定する。【解決手段】一対の管体保持部２、３が軸部により基体１に対し開閉自在に連結され、各管体保持部２、３内には超音波送受信部４、５が斜め方向に対向して配置されている。管体保持部２、３同士を開いて、管体Ｐを挟着部２ａ、３ａに形成された保持凹部２ｂ、３ｂ間に挿入し、管体保持部２、３同士を閉止して管体Ｐを挟着すると、超音波送受信部４、５の後端面に送受信素子を密着した超音波伝達体４ｂ、５ｂは、その先端面に管体Ｐの表面の両側にほぼ密着した状態となる。流量測定に際し、超音波送受信部４、５の一方から管体Ｐ内の流体中に送信された超音波ビームＢは管体Ｐ内を斜め方向に伝播し、超音波送受信部４、５の他方において受信されることを交互に繰り返す。流体に対する超音波ビームＢの往き時間と、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３

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式流量測定装置に関するものである。

特許文献１、２には、既設の管体に外部から取り付け、管体内を斜め方向に超音波ビームを伝播させて、管体内を流れる流体の流量を測定するためのクランプオン型の超音波式流量測定装置が開示されている。

特開平１０−２２１１３７号公報 特開２００３−７５２１９号公報

しかし、これらのクランプオン型の超音波式流量測定装置では、管体の形状に合わせた一対の超音波送受信部を複雑で時間を要する組立作業により取り付ける必要がある。そのため、測定に際して、管体に超音波式流量測定装置を簡便にかつ正確な位置に着設することは、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、管体に対して簡便に着脱できる超音波式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式流量測定装置は、流体が流れる管体に着脱自在とし、前記管体中を斜め方向に伝播する超音波ビームを交互に送受信して前記流体の流量を測定する超音波式流量測定装置であって、枠体状の基体と、該基体の両側部に沿って設けられた軸部を介して開閉自在とされた一対の管体保持部と、これらの管体保持部内のそれぞれに斜め方向に対向して配置された一対の超音波送受信部とを備え、前記一対の管体保持部のそれぞれは、閉止により前記管体を挟着する挟着部と、該挟着部に沿って対向して設けられた保持凹部とを有し、前記一対の超音波送受信部のそれぞれは、前記超音波ビームを送受信する超音波送受信素子と、後端面を該超音波送受信素子に密着し、先端面を前記管体に密着し前記超音波ビームを斜め方向から前記管体に入出射する超音波伝達体とを有することを特徴とする。

本発明に係る超音波式流量測定装置によれば、管体に対してほぼワンタッチで正確な着脱が容易にでき、管体内の流体の流量を測定することができる。

実施例の超音波式流量測定装置の分解斜視図である。 管体に挿着した状態の斜視図である。 水平方向に切断した断面図である。 管体保持部を開いた状態の斜視図である。 ロック部材による一次的なロック状態の斜視図である。 ロック部材による二次的なロック状態の斜視図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例の超音波式流量測定装置の分解斜視図、図２は管体に装着した状態の斜視図、図３は水平方向に切断した断面図、図４は管体保持部を開いた状態の斜視図である。

実施例の超音波式流量測定装置の主な部材は、基体１と、管体保持部２、３と、超音波送受信部４、５と、ロック部材６とから成り、これらは主として合成樹脂製とされている。そして、管体Ｐは測定すべき流体を流す可撓性を有する合成樹脂材から成っている。

枠体状の基体１の左右の両側部上に、それぞれ一対同士の軸孔部１ａ・１ｂ、１ｃ・１ｄが設けられている。これらの軸孔部１ａ〜１ｄに挿通された軸部７ａ〜７ｄを介して、左右一対の厚板状の管体保持部２、３が、観音開き状に所定角度に開くように、基体１に連結されている。

図２に示す管体保持部２、３の閉止状態において、管体保持部２、３の自由端縁である挟着部２ａ、３ａ同士は、若干離間して対向して配置されている。挟着部２ａ、３ａの長手方向に沿った対向面には、管体Ｐを両側から挟んで保持するために、管体Ｐの外径と近似する大きさを持ち、実施例のような断面「コ」字状、或いは断面略半円弧状の保持凹部２ｂ、３ｂがそれぞれ形成されている。

また、挟着部２ａ、３ａの下縁２ｃ、３ｃ同士は、図４に示すように管体保持部２、３が所定角度に開いた状態で接触して、この位置で管体保持部２、３同士を係合し、この開き角度において、管体Ｐを保持凹部２ｂ、３ｂ間に挿入できるようにされている。

管体保持部２、３には、保持凹部２ｂ、３ｂ内に面する挿入孔２ｄ、３ｄが、管体保持部２、３の表面と平行に、かつ斜め方向にそれぞれ設けられ、これらの挿入孔２ｄ、３ｄに略円柱状の超音波送受信部４、５が挿着され、固定されている。管体保持部２、３が閉止された状態で、超音波送受信部４、５から送信された超音波ビームＢが管体Ｐ内を斜め方向に横断するように、超音波送受信部４、５同士は斜め方向に対向して配置されている。

超音波送受信部４、５はそれぞれ、超音波送受信素子４ａ、５ａと、超音波伝達体４ｂ、５ｂとから成っている。送受信素子４ａ、５ａは例えばピエゾ素子から成る円板状体とされている。超音波伝達体４ｂ、５ｂは管体Ｐの直径よりも大きな径の円柱状であって、その先端面４ｂ’、５ｂ’は管体Ｐに対する超音波ビームＢの送受信面となる。後端面４ｂ”、５ｂ”は円柱状の超音波伝達体４ｂ、５ｂの中心線に対し直交する方向の平面とされ、後端面４ｂ”、５ｂ”には送受信素子４ａ、５ａが貼り付けられている。

超音波伝達体４ｂ、５ｂの先端面４ｂ’、５ｂ’は、管体保持部２、３の保持凹部２ｂ、３ｂ内に稍々突出されている。また、先端面４ｂ’、５ｂ’は保持凹部２ｂ、３ｂの内面と平行な平面とされ、管体Ｐの表面を斜め方向の両側方から挟着可能とされている。

送受信素子４ａ、５ａにはリード線４ｃ、５ｃが接続されており、リード線４ｃ、５ｃは管体保持部２、３の外部にそれぞれ引き出されている。超音波送受信部４、５はリード線４ｃ、５ｃを介して演算制御部８に接続され、また演算制御部８の出力は表示部９に接続されている。

管体保持部２、３が開く方向側の管体保持部２、３の外表面上には、合わせると外周が正円形となる半円弧状の突起半部２ｅ、３ｅが上方に向けてそれぞれ突出されている。また、突起半部２ｅ、３ｅの外方のそれぞれの所定位置には、円柱状のロック用突起部２ｆ、３ｆがそれぞれ立設され、ロック用突起部２ｆ、３ｆの根元部２ｇ、３ｇは細径とされている。

一方、管体保持部２、３同士を突起半部２ｅ、３ｅ、ロック用突起部２ｆ、３ｆを用いてロックするために、別体の円環状のロック部材６が付設されている。ロック部材６は楕円状の楕円環６ａを有し、その周囲には四角形の板体６ｂが設けられている。また、楕円環６ａの中央部に正円状の円環６ｃが設けられ、楕円環６ａと円環６ｃとは上部の摘み片６ｄにより連結されている。また、楕円環６ａの下部には、内側に向けて、ロック用突起部２ｆ、３ｆの根元部２ｇ、３ｇに係合するフランジ部６ｅが形成されている。

なお、楕円環６ａの楕円長軸方向におけるフランジ部６ｅの内径は、管体保持部２、３同士を閉止した状態におけるロック用突起部２ｆ、３ｆの外側間の距離よりも大きく、楕円短軸方向におけるフランジ部６ｅの内径は、ロック用突起部２ｆ、３ｆの根元部２ｇ、３ｇに係合する大きさとされている。

管体Ｐを装着するには、軸部７ａ〜７ｄを介して管体保持部２、３の挟着部２ａ、３ａを上方に持ち上げた状態、つまり図４に示すように、挟着部２ａ、３ａの下縁２ｃ、３ｃ同士を係合させて、管体保持部２、３の挟着部２ａ、３ａを所定角度に開いた状態において、保持凹部２ｂ、３ｂ間に管体Ｐを挿入する。

その後に、挟着部２ａ、３ａの上部を上方から強く押し込んで、管体保持部２、３同士を閉止して、図２に示す平行状態とすることにより、保持凹部２ｂ、３ｂ同士の間隔が狭まり、管体Ｐは保持凹部２ｂ、３ｂ間で保持され挟着されることになる。このとき、超音波送受信部４、５の超音波伝達体４ｂ、５ｂの先端面４ｂ’、５ｂ’は、上述したように平面状で平行状態とされており、保持凹部２ｂ、３ｂ内に位置している。この管体保持部２、３同士の閉止により、先端面４ｂ’、５ｂ’が可撓性を有する管体Ｐを両側から強く押圧することにより、管体Ｐを部分的に偏平状に変形する。

この状態において、管体Ｐ、基体１、管体保持部２、３、送受信素子４ａ、５ａを除く超音波送受信部４、５は、合成樹脂製なので、合成樹脂が持つ弾性力の作用により、管体Ｐに対する基体１、管体保持部２、３、超音波送受信部４、５が相互に押し合って、動くことはない。しかし、この状態を長期間維持するには、例えばロック部材６を用いてロック状態とすることがより安全である。

このために、管体Ｐを管体保持部２、３により挟着した後に、別体のロック部材６を用いて、管体Ｐに対する管体保持部２、３同士の位置関係を維持するロックを行うことが好ましい。図５に示すように、ロック部材６の楕円環６ａの楕円長軸内に管体保持部２、３の２つのロック用突起部２ｆ、３ｆを嵌め込むと同時に、ロック部材６の中央の円環６ｃにより、円周が円形状とされた突起半部２ｅ、３ｅの外側に嵌合し、一次的なロックがなされる。

ここで、摘み片６ｄを持って、円環６ｃを中心としてロック部材６を回動すると、ロック用突起部２ｆ、３ｆを挟み込む楕円環６ａのフランジ部６ｅの内径が、ロック部材６の回動につれて狭くなる。図６に示すように、楕円環６ａの楕円短軸がロック用突起部２ｆ、３ｆの位置に至ると、フランジ部６ｅがロック用突起部２ｆ、３ｆの根元部２ｇ、３ｇを挟み込む。

これにより、ロック用突起部２ｆ、３ｆ同士は楕円環６ａのフランジ部６ｅによって締め付けられ、管体保持部２、３同士のロックが二次的になされる。この状態で、フランジ部６ｅは根元部２ｇ、３ｇに係合しているので、ロック部材６の回動を元に戻さない限り、ロックが不時に外れることはない。なお、管体保持部２、３同士のロック機構は、実施例の構造に限られない。

測定に際して、断面円形の管体Ｐを偏平状態に変形させることが好ましい理由は、管体Ｐを超音波送受信部４、５の超音波伝達体４ｂ、５ｂの先端面４ｂ’、５ｂ’を、管体Ｐの表面にそれぞれ密着させるためである。超音波ビームＢを管体Ｐに効率良く入出射させるには、超音波伝達体４ｂ、５ｂを管体Ｐの外面と正確に合致させる必要がある。寸法的な差があると、管体Ｐと超音波伝達体４ｂ、５ｂとの間に隙間が生じ、超音波ビームＢが良好に伝達できなくなる。

本実施例においては、超音波伝達体４ｂ、５ｂの平面である先端面４ｂ’、５ｂ’により、管体Ｐを両側から押圧して管体Ｐを偏平とすることによって、先端面４ｂ’、５ｂは管体Ｐの表面に密着するので、良好な超音波ビームＢの伝達がなされる。

流量測定時には、図３に示すように管体Ｐに測定すべき流体Ｆを流す。演算制御部８の信号により、超音波送受信部４、５の送受信素子４ａ、５ａによる超音波ビームＢを交互に送受信する。超音波ビームＢは超音波伝達体４ｂ、５ｂの中心方向を直進し、先端面４ｂ’、５ｂ’を介して、管体Ｐに対して斜め方向に超音波ビームＢを入出射する。送信された超音波ビームＢは管体Ｐ内の流体Ｆを斜め方向に伝播し、超音波送受信部４、５の他方の超音波伝達体４ｂ、５ｂ、送受信素子４ａ、５ａにおいて受信され、演算制御部８に入力する。

このようにして、超音波送受信部４、５により超音波ビームＢの送受信を交互に繰り返すことにより、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部８により求める。この伝播時間差を基に、演算制御部８において公知の方法により流体Ｆの流速が算出される。

演算制御部８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は管体保持部２、３、超音波伝達体４ｂ、５ｂによる押圧などによって変形しているために、超音波ビームＢが伝播する位置における管体Ｐの断面積は不明であることが多い。従って、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部９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、管体Ｐから超音波式流量測定装置を取り外す際には、ロック部材６を回動して、ロック部材６を取り外し、管体保持部２、３を開いて管体Ｐから外せばよい。

なお、本明細書において、前後方向、上下方向、左右方向とは、実施例の図面に対する説明であり、実際の部材はこれらの用語により限定されるものではない。

１ 基体
２、３ 管体保持部
２ａ、３ａ 挟着部
４、５ 超音波送受信部
４ａ、５ａ 超音波送受信素子
４ｂ、５ｂ 超音波伝達体
６ ロック部材
８ 演算制御部
９ 表示部
Ｐ 管体
Ｆ 流体
Ｂ 超音波ビーム

Claims (6)

1. 流体が流れる管体に着脱自在とし、前記管体中を斜め方向に伝播する超音波ビームを交互に送受信して前記流体の流量を測定する超音波式流量測定装置であって、
   枠体状の基体と、該基体の両側部に沿って設けられた軸部を介して開閉自在とされた一対の管体保持部と、これらの管体保持部内のそれぞれに斜め方向に対向して配置された一対の超音波送受信部とを備え、
   前記一対の管体保持部のそれぞれは、閉止により前記管体を挟着する挟着部と、該挟着部に沿って対向して設けられた保持凹部とを有し、
   前記一対の超音波送受信部のそれぞれは、前記超音波ビームを送受信する超音波送受信素子と、後端面を該超音波送受信素子に密着し、先端面を前記管体に密着し前記超音波ビームを斜め方向から前記管体に入出射する超音波伝達体とを有することを特徴とする超音波式流量測定装置。
2. 前記管体保持部を開いて前記保持凹部間に前記管体を挿入し、前記管体保持部を閉止して前記管体を前記保持凹部により挟着することを特徴とする請求項１に記載の超音波式流量測定装置。
3. 前記超音波伝達体の前記先端面は平面状とされ、前記先端面は前記保持凹部内に稍々突出されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式流量測定装置。
4. 前記超音波伝達体の前記先端面は、可撓性を有する前記管体を両側から押圧して前記管体を偏平状に変形することを特徴とする請求項３に記載の超音波式流量測定装置。
5. ロック部材により、前記管体に対する前記管体保持部同士を所定位置にロック状態とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
6. 前記ロック部材は楕円環を有し、該楕円環の楕円短軸間により、前記一対の管体保持部にそれぞれ設けられた一対の突起部同士を挟み込むことによりロック状態とすることを特徴とする請求項５に記載の超音波式流量測定装置。

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