JP6747995B2

JP6747995B2 - 超音波流量センサ及び超音波流量センサ用の取付装置

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Publication number: JP6747995B2
Application number: JP2017012041A
Authority: JP
Inventors: 一博槇納; 寛士鹿島
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: JP2018119879A

Description

本発明は、いわゆるクランプオン式超音波流量センサ及び超音波流量センサ用の取付装置に関する。

超音波流量センサは、配管内を流れる流体の流量を測定するのに用いられている。特許文献１は、配管の外側周面に後付けすることのできるクランプオン式超音波流量センサを開示している。そして、この取付具を使ってクランプオン式超音波流量センサを直径の異なる様々な配管に設置することができる。

特許文献１は、第１、第２のセンサユニットをＶ配置、Ｚ配置する参考例を開示している。Ｖ配置は、配管の第１母線上において、配管の長手方向軸線に沿って離間した第１、第２の位置に夫々第１、第２のセンサユニットが設置される。Ｚ配置は、配管の第１母線上の第１位置に第１センサユニットが設置され、また、この第１母線と直径方向に対向する第２母線上において、上記第１位置とは、配管の長手方向軸線に沿って離間した第２の位置に第２センサユニットが設置される。

特許文献１に開示の取付具はバンドを使って配管に固定される。Ｖ配置用の取付具に２つのセンサユニットが収容される。すなわち、特許文献１に開示のＶ配置用取付具は、配管の長手方向軸線に沿って離間した位置に、１つの取付具で第１、第２のセンサユニットを位置決めすることができる。そして、この２つのセンサユニットを収容した取付具をバンドを使って配管に固定することで、第１、第２のセンサユニットはＶ配置になる。

Ｚ配置用の取付具には、各取付具毎に1つのセンサユニットが収容される。この取付具を２つ用意し、各取付具毎にバンドで配管に固定することができる。そして、第１取付具を配管の第１母線上の第１位置に位置決めし、第１母線と直径方向に対向する第２母線上において、上記第１位置とは、配管の長手方向軸線に沿って離間した第２の位置に第２取付具を位置決めすることで、第１、第２のセンサユニットはＺ配置になる。

特開２０００−４６６０７号公報

Ｖ配置、Ｚ配置のいずれにおいても、第１、第２のセンサユニット間の信号の授受の感度を維持するために、第１、第２のセンサユニット間の相対位置を適正に設定する必要がある。特許文献１を再び参照して、Ｖ配置用の取付具は、長手方向軸線上の距離を表す目印を含んでいる。

作業者は、例えば適用する配管の直径、管の肉厚、適用対象の流体などをパラメータとした第１、第２のセンサユニット間の離間距離つまり配管の第１母線上の離間距離を調べる。そして、入手した適正な離間距離の数値に基づいて、Ｖ配置用の取付具内で第１、第２のセンサユニットを上記の目印を頼りに位置決めする。Ｚ配置においては、第１取付具を第１母線上に位置決めすると共に、第１母線と直径方向に対向する第２母線を探し、そして、この第２母線上に第２取付具を位置決めする必要がある。勿論、配管の長手方向軸線に沿って、第１取付具と第２取付具との間の離間距離を適正化する必要がある。このような位置決め作業は手間が掛かり、配管への取付容易性に欠ける面がある。

本発明の目的は、任意の直径の配管に固定する作業を行うだけで第１、第２のセンサユニットを適正位置に容易に位置決めすることができる超音波流量センサを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも一方を行う第１超音波素子を備えた第１センサユニットと、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも他方を行う第２超音波素子を備えた第２センサユニットと、
前記第１超音波素子及び前記第２超音波素子の出力信号に基づいて、前記配管内の流体の流量を算出する算出部と、を有する超音波流量センサであって、
前記第１センサユニットを収容して該第１センサユニットを前記配管に固定するための第１取付具と、
前記第２センサユニットを収容して該第２センサユニットを前記配管に固定するための第２取付具とを含み、
前記第１取付具は、前記配管の径方向から見たときの前記第２超音波素子に対する前記第１超音波素子の向きを前記配管の軸線方向に整合させるよう前記配管の外周面に当接する第１位置規制部と、前記配管の外周面に沿って屈曲可能な一対の第１アーム部とを有し、
前記第２取付具は、前記配管の径方向から見たときの前記第１超音波素子に対する前記第２超音波素子の向きを前記配管の軸線方向に整合させるよう前記配管の外周面に当接する第２位置規制部と、前記配管の外周面に沿って屈曲可能な一対の第２アーム部とを有し、
前記第１、第２取付具は、さらに、
前記第１アーム部と前記第２アーム部に形成され、前記配管の径に応じて、前記配管の軸線方向における前記第１取付具と前記第２取付具の相対的な位置決めを誘導するガイド部を有することを特徴とする超音波流量センサを提供することにより達成される。

本発明の他の目的及び作用効果は、次の本発明の好ましい参考例の詳しい説明から明らかになろう。

本発明が包含する概念の概要を説明するための図であり、(a)、(b)はＺ配置、(c)、(d)はＶ配置に関し、(a)、(c)は相対的に大径の配管に関し、(b)、(d)は相対的に小径の配管に関する。配管に組み付けた実施例の超音波流量計システムの端面図である。配管に組み付けた実施例の超音波流量計システムの断面図である。配管に組み付けた実施例の超音波流量計システムの斜視図である。配管に組み付けた実施例の超音波流量計システムを正対した状態で見た正面図である。図１に図示の実施例の超音波流量計システムに含まれる超音波流量計の機能ブロック図である。実施例の超音波流量計システムの第２取付具に内蔵された皿バネを説明するための図である。図７に図示の皿バネを複数第２取付具に内蔵する場合に、この複数の皿バネの１つの配列例を説明するための図である。図７に図示の皿バネを複数第２取付具に内蔵する場合に、この複数の皿バネの他の配列例を説明するための図である。実施例の超音波流量計システムに含まれる第２取付具の斜視図である。実施例の超音波流量計システムに含まれる第２取付具の分解斜視図である。実施例の超音波流量計システムに含まれる第２取付具の端面図である。実施例の超音波流量計システムに含まれる第２取付具の断面図である。配管に取り付けた実施例の超音波流量計システムに含まれる第２取付具の斜視図である。実施例の超音波流量計システムに含まれる第２センサユニットを第２取付具を使って配管に取り付けた状態を説明するための断面図である。実施例の超音波流量計システムに含まれる第１、第２の取付具を配管に取り付けた状態を説明するための斜視図である。実施例に含まれる情報変換機構の変形例の側面図である。実施例に含まれる情報変換機構の変形例の斜視図である。実施例に含まれる情報変換機構の変形例の側面図であり、比較的大きな直径の配管に関連した図である。実施例に含まれる情報変換機構の変形例の側面図であり、比較的小さな直径の配管に関連した図である。実施例で採用した取付具の構造を説明するための概略図である。実施例で採用した取付具の構造の変形例を説明するための概略図である。

図１は、本発明の実施形態に係る超音波流量センサを概念的に説明するための模式図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、Ｚ配置の超音波流量センサを示し、図１（ｃ）及び図１（ｄ）は、Ｖ配置の超音波流量センサを示している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）において、超音波素子を有する第１センサユニット１１０２は、第１取付具１１０１を介して配管Ｐに取り付けられている。また、超音波素子を有する第２センサユニット１１０４は、第２取付具１１０３を介して配管Ｐに取り付けられている。そして、第１取付具１１０１には、配管Ｐの軸線方向に対して傾斜するスリット１１０６が形成される一方で、第２取付具１１０３には、外方に突出するピン１１０５が設けられている。

図１（ａ）から図１（ｂ）に示すように、配管Ｐの径がｌ_１からｌ_２に変わると（ｌ_２＜ｌ_１）、それに伴って、突出ピン１１０５とスリット１１０６との相対位置が変化する。その結果、第１取付具１１０１及び／又は第２取付具１１０３が配管Ｐの軸線方向に変位し、第１センサユニット１１０２と第２センサユニット１１０４の離間距離がＸ_１からＸ_２へ短くなる（Ｘ_２＜Ｘ_１）。スリット１１０６の傾斜角度は、配管Ｐの径に応じて予め適切に規定されている。したがって、突出ピン１１０５とスリット１１０６とで生成される第１センサユニット１１０２と第２センサユニット１１０４との相対位置（Ｚ配置）が配管Ｐの直径の大小に関わりなく最適化され、第１センサユニット１１０２と第２センサユニット１１０４とは超音波の受信感度が良好な位置に位置決めされる。

このように、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すＺ配置の超音波流量センサは、配管Ｐの径に応じて、配管Ｐの軸線方向における第１取付具１１０１と第２取付具１１０３の相対的な位置決めを誘導するガイド部を有し、このガイド部は典型的にはピン１１０５及びスリット１１０６を含む。

また、図１（ｃ）及び図１（ｄ）において、超音波素子を有する第１センサユニット１１１２は、第１取付具１１１１を介して配管Ｐに取り付けられている。また、超音波素子を有する第２センサユニット１１１４は、第２取付具１１１３を介して配管Ｐに取り付けられている。そして、第１取付具１１１１には、配管Ｐの軸線方向に対して傾斜するスリット１１１８が形成され、第２取付具１１１３にも、配管Ｐの軸線方向に対して傾斜するスリット１１１８が設けられている。

配管Ｐを挟んで、第１取付具１１１１及び第２取付具１１１３が位置する側とは反対側に、ベース部材１１１５が設けられている。ベース部材１１１５は、第１取付具１１１１及び第２取付具１１１３とは別個に、バンド等によって配管Ｐに固定される。また、ベース部材１１１５には、外方に突出するピン１１１７が設けられている。第１取付具１１１１及び第２取付具１１１３はレール１１１６に案内されて配管Ｐの軸線方向に移動可能に構成されている。すなわち、レール１１１６は配管Ｐの軸線方向に延びている。

このような構成からなるＶ型の超音波流量センサにおいて、図１（ｃ）から図１（ｄ）に示すように、配管Ｐの径がｌ_１からｌ_２に変わると（ｌ_２＜ｌ_１）、それに伴って、ベース部材１１１５に設けられたピン１１１７と、各取付具１１１１、１１１３のスリット１１１８との相対位置が変化する。その結果、ベース部材１１１５に対して、第１取付具１１１１及び第２取付具１１１３が配管Ｐの軸線方向に沿って変位し、第１センサユニット１１１２と第２センサユニット１１１４がＸ_１からＸ_２へ短くなる（Ｘ_２＜Ｘ_１）。スリット１１１８の傾斜角度は、配管Ｐの径に応じて予め適切に規定されている。したがって、突出ピン１１１７とスリット１１１８とで生成される第１センサユニット１１１２と第２センサユニット１１１４との相対位置（Ｖ配置）が配管Ｐの直径の大小に関わりなく最適化され、第１センサユニット１１１２と第２センサユニット１１１４とは超音波の受信感度が良好な位置に位置決めされる。

このように、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すＶ配置の超音波流量センサは、配管Ｐの径に応じて、配管Ｐの軸線方向における第１取付具１１１１と第２取付具１１１３の相対的な位置決めを誘導するガイド部を有し、このガイド部は典型的にはピン１１１７及びスリット１１１８を含む。

以上、図１を用いて説明したように、本実施形態に係る超音波流量センサによれば、スリット１１０６とピン１１０５の作用により（図１の(a)、(b)）、或いは、スリット１１１８とピン１１１７の作用により（図１の(c)、(d)）、配管Ｐの軸線方向において第１センサユニット１１０２、１１１２と第２センサユニット１１０４、１１１４を適正位置に容易に位置決めすることができる。

実施例（図２〜図１６）：
先ず図２〜図５を参照して、超音波流量センサシステム１００は、第１、第２の取付具１０２、１０４を有し、この２つの取付具１０２、１０４を使って第１、第２のセンサユニット６、８を配管Ｐの周面にＺ配置で取り付けることができる。第１、第２のセンサユニット６、８は超音波流量センサ１０を構成する。

図６は超音波流量センサ１０の機能ブロック図である。図６を参照して、超音波流量センサ１０は制御部１２を有し、また、記憶部１４、送信増幅部１６、受信増幅部１８を有する。送信増幅部１６、受信増幅部１８は送信・受信切替回路２０に接続されている。

制御部１２に含まれる送信信号発生部２２で生成したアナログ信号は、送信増幅部１６を経由して送信・受信切替回路２０を通じて第１、第２の超音波素子２４、２６に供給され、第１、第２の超音波素子２４、２６から超音波が発生される。第１の超音波素子２４は第１センサユニット６に含まれる。第２の超音波素子２６は第２センサユニット８に含まれる。

第１センサユニット６（第１超音波素子２４）から発生された超音波は、配管Ｐの中を通る流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、第２センサユニット８（第２超音波素子２６）によって受信され、第２超音波素子２６は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。第２超音波素子２６から出力されたアナログ信号は送信・受信切替回路２０を通じて受信増幅部１８に供給される。

受信増幅部１８では、送信・受信切替回路２０から受け取ったアナログ信号を増幅すると共にA/D変換回路によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号は制御部１２に供給される。

他方、第２センサユニット８（第２超音波素子２６）が発生した超音波は、配管Ｐの中を通る流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、第１センサユニット６（第１超音波素子２４）によって受信され、第１超音波素子２４は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。第１超音波素子２４から出力されたアナログ信号は送信・受信切替回路２０を通じて受信増幅部１８に供給される。

制御部１２は、記憶部１４に記憶されているプログラムを実行することにより、信号演算部３０、流量演算部３２、比較・判定部３４の機能が実現される。信号演算部３０では、受信増幅部１８から与えられるデジタル信号に基づいて時間差Δtを測定する。この時間差Δtは、第１超音波素子２４が出力した超音波が第２超音波素子２６によって受信されるまでの時間t1と、第２超音波素子２６が出力した超音波が第１超音波素子２４によって受信されるまでの時間t2との差である。流量演算部３２は、信号演算部３０により測定された時間差Δtに基づいて、配管Ｐの中を流れる流体の速度を所定の式に基づいて算出すると共に、当該流体の流量を別の所定の式に基づいて算出する。

すなわち、第１超音波素子２４及び第２超音波素子２６の出力信号に基づいて、超音波が配管Ｐを流れる流体の上流側から下流側に伝搬する時間と下流側から上流側に伝搬する時間との時間差Δtを求めて配管Ｐ内の流体の流量を算出する。

図４、図５を参照して、超音波流量センサ１０は、ユーザが操作するボタンなどの操作部３６や７セグメントＬＥＤや薄型表示器で構成される表示部３８等を有し、また、外部機器とのインターフェースを構成するコネクタなどの出力部４０を有する。

表示部３８の表示や出力部４０を通じた外部機器には、予め設定したしきい値（設定値）に基づく制御出力が出力される。すなわち、予め定められた流量しきい値との対比で、検出した配管Ｐ内を流れる流体の流量に関するオン／オフ信号が出力される。また、積算流量毎にパルス出力される。また、例えば通信を使って流量計測値がデジタル出力される。

上記の構成要素を第１、第２のセンサユニット６、８のいずれに搭載するかは任意である。第１センサユニット６にはメイン基板４２（図３）が搭載され、このメイン基板４２に制御部１２や記憶部１４などが搭載されている。また、第１センサユニット６は、ユーザインターフェースを構成する操作部３６や７セグメントＬＥＤや薄型表示器で構成される表示部３８、外部機器とのインターフェースを構成するコネクタなどの出力部４０が搭載されている（図３）。

引き続き図３を参照して、第１センサユニット６に組み込まれた第１センサ部４４は、第１超音波素子２４と第１くさび部材４６を含む。第２センサユニット８に組み込まれた第２センサ部４８は、第２超音波素子２６と第２くさび部材５０を含む。第１、第２センサ部４４、４８は、配管Ｐの周面に圧接した状態で位置決めされる。好ましくは、第１センサ部４４、第２センサ部４８と配管Ｐとの間に音響結合媒体つまりカプラントＣpが介装される。このカプラントＣpは固体（弾性カプラントつまりゴムシート）であるのが好ましいがグリスなど流動体であってもよい。

好ましい態様として、少なくとも第２取付具１０４に関し、第２センサユニット８が配管Ｐと圧接する方向に付勢する付勢部材（皿バネ）６６を配置させるのがよい。第１取付具１０２で形成されるユニット収容部に装着された第１センサユニット６は、第１ボルトＢt(1)によって第１取付具１０２に固定される。第２取付具１０４で形成されるユニット収容部に装着された第２センサユニット８は、第２ボルトＢt(2)によって第２取付具１０４に固定される。

第２ボルトＢt(2)と同軸に配置するのに好適な皿バネ６６（図７）の配置を図８、図９を参照して説明する。第１ボルトＢt(1)にも複数の皿バネ６６を同軸に配置してもよい。複数の皿バネ６６の配列に関し、図８に図示のように、皿バネ（図７）を一つ又は複数おきに上下反転させて配置した第１皿バネ列であってもよいし、図９に図示のように、複数の皿バネ６６を上下反転させることなく、全て同じ向きに配置した第２皿バネ列で構成してもよい。

第２取付具１０４に付勢部材６６を付加することにより、配管Ｐに対して、配管Ｐの一つの側に正対した状態でＺ配置の第２取付具１０４及び第１取付具１０２を取り付ける、その作業を容易にすることができる。

実施例の適用は配管Ｐや配管Ｐの中を流れる流体は特に制限されないが、典型的な適用例を例示的に列挙すれば次の通りである。

(1) 配管Ｐの直径：100mm〜220mm（適当な配管Ｐの直径：約114mm〜約216mm）
(2) 配管Ｐの材料：鉄鋼、ＳＵＳ、銅、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）
(3) 流体：水、油、薬液、不凍液（エチレングリコール）、クーラント

図１０〜図１５を参照して第２センサユニット８が設置される取付具つまり第２取付具１０４を説明する。図１１を参照して、第２取付具１０４の第２の取付部は、プレス成形された細長い第２位置規制部１０６と、この第２位置規制部１０６の一側縁及び他側縁に連結された第２アーム部１０８を有する。第２位置規制部１０６と第２アーム部１０８は、配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)に沿った長さを有する。

第２アーム部１０８は、配管Ｐの断面円形に沿った周方向に屈曲可能である。具体的には、第２アーム部１０８は屈曲可能なプレート部材、好ましくはパンチングメタルで構成されている。パンチングメタルは、複数の開口（典型的には円形穴）が規則的に配列した板状の金属部材であり、配管Ｐの径方向にのみ屈曲可能である。第２アーム部１０８をパンチングメタルで構成することにより、第２アーム部１０８の所定の剛性を確保しつつ第２アーム部１０８を軽量化することができる。

図１２は第２位置規制部１０６の端面図であり、図１３は第２位置規制部１０６の断面図である。図１１〜図１３を参照して、第２位置規制部１０６は、第２センサユニット８を包囲するユニット収容部材１１０（図１１、図１３）を貫通するボルト１１２及びボルト１１２が螺合されるナット１１４（図１３）を有する。ボルト１１２は、配管Ｐの直径Ｄm上つまり第２母線ＧＬ２上において間隔を隔てて２本配置されている。ユニット収容部材１１０は、第２位置規制部１０６及びこの第２位置規制部１０６から起立する一対の縦壁１１６（図１１）と協働して第２ユニット収容部を構成する。図１３を参照して、このボルト１１２には、前述した複数の皿バネ６６が同軸に配置され、この皿バネ６６によって第２センサユニット８は配管Ｐと圧接する方向に付勢されている。

第２位置規制部１０６は、図１２、図１３から良く分かるように、第２母線ＧＬ２を挟んで対称形状を有し、第２母線ＧＬ２を挟んで一方側と他方側に所定の角度で延びる一対の成形された傾斜翼部を有する形状を有している。そして、第２位置規制部１０６は、第２母線ＧＬ２を挟んで、第２母線ＧＬ２から等距離の２箇所ＣＬ(2)で接している。これにより、第２センサユニット８を第２母線ＧＬ２に整合させることができると共に、第２センサユニット８の向きを配管Ｐの中心を通る直径方向Ｄmに差し向けることができる。

図１１を参照して、第２取付具１０４の一部を構成する各第２アーム部１０８つまりパンチングメタルは、その長手方向中央部分に、前述したガイド部の構成要素であるピン６４（図１４）が固定されている。前述したように、第２位置規制部１０６は第２母線ＧＬ２上を延びる細長い形状を有する。この第２位置規制部１０６の一方の側縁と他方の側縁とに第２アーム部１０８が連結され、この一対の第２アーム部１０８において、第２母線ＧＬ２を挟んで対称の位置に上記のピン６４が設置されている。パンチングメタルからなる第２アーム部１０８は可撓性であり、配管Ｐの円周方向に且つ配管Ｐの径方向にのみ屈曲可能である。したがって、第２アーム部１０８は、配管Ｐの周面に沿って且つ配管Ｐの周面に隣接した状態で巻き付くことができる。

配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)において、パンチングメタルからなる第２アーム部１０８の一端と他端の各々に金属製のバンドＢd(3)が取付けられている（図１４）。この２つのバンドＢd(3)を使って第２取付具１０４を配管Ｐに固定することができる。

図１６は、第１センサユニット６が設置される取付具つまり第１取付具１０２を説明するための図である。第１取付具１０２の構成は、上述した第２取付具１０４と実質的に同じである。第１取付具１０２の一対の縦壁１２４は、第２取付具１０４の縦壁１１６に対応する。

第１取付具１０２は第１位置規制部１２０を有し（図１６）、第１位置規制部１２０は、第２取付具１０４の第２位置規制部１０６に対応する。第１取付具１０２は第１アーム部１２２を有し、この第１アーム部１２２は、第２取付具１０４のパンチングメタルからなる第２アーム部１０８に対応するパンチングメタルで構成されている。すなわち、パンチングメタルは、複数の開口（典型的には円形穴）が規則的に配列した板状の金属部材である。配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)において、パンチングメタルからなる第１アーム部１２２の一端と他端の各々に金属製のバンドＢd(4)が取付けられている。第２取付具１０４の第２アーム部１０８の上に第１取付具１０２の第１アーム部１２２を重ね合わせた状態で、第１取付具１０２を２つのバンドＢd(4)を使って配管Ｐに固定することができる。

第１取付具１０２と第２取付具１０４との相違点は次の２点である。
(1）配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)に沿った長さ寸法において、第１取付具１０２の第１アーム部１２２が、第２取付具１０４の第２アーム部１０８よりも小さい。
(2) 第１取付具１０２の第１アーム部１２２は傾斜スリット５８を有し、この傾斜スリット５８の中に第２取付具１０４のピン６４が配置されている。

実施例の超音波流量センサシステム１００において、傾斜スリット５８とピン６４によって、第１、第２の取付具１０２、１０４は第１情報を第２情報に変換する機能を発揮することができる。第１情報は、第１、第２の取付具１０２、１０４を取り付けた配管Ｐの直径の情報である。第２情報は、配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)に沿った第１、第２の取付具１０２、１０４の適正離間距離の情報である。したがって、第１、第２の取付具１０２、１０４は、傾斜スリット５８とピン６４によって、配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)に沿った適正な離間距離に位置決めされる。

また、第１、第２の取付具１０２、１０４は、その相互作用によって、第１センサユニット６を第１母線ＧＬ１（図２、図３）上に位置決めし、他方、第２センサユニット８を第２母線ＧＬ２（図２、図３）上に位置決めする機能を有する。

実施例の超音波流量センサシステム１００は、作業者が配管Ｐの一方の側から正対した状態で第１、第２の取付具１０２、１０４を使って第１、第２のセンサユニット６、８を設置することができる。その作業手順及び作業内容を説明すると次の通りである。

（工程１）第２取付具１０４に第２センサユニット８を組み付ける（図１１）。
（工程２）作業者が配管Ｐに正対した状態で、第２センサユニット８を装着した第２取付具１０４を配管Ｐに仮固定する。この仮固定は、第２取付具１０４のバンドＢd(3）を使って行うことができる。この仮固定の状態において、第２センサユニット８は、第２取付具１０４の皿バネ６６によって配管Ｐの周面に向かって付勢された状態にある。

（工程３）第２取付具１０４を配管Ｐの周方向に回転させて、作業者から見て配管Ｐの反対側に第２取付具１０４を位置させる。
（工程４）図１１は第２取付具１０４に関するものであるが、この第２取付具１０４の場合と同じ要領で、第１取付具１０２に第１センサユニット６を組み付ける。

（工程５）作業者が配管Ｐに正対した状態で、第１センサユニット６を装着した第１取付具１０２を配管Ｐに仮固定する。この仮固定は、第１取付具１０２のバンドＢd(4）を使って行うことができる（図１６）。この仮固定の状態において、第１センサユニット６は、第１取付具１０２の皿バネ６６によって配管Ｐの周面に向かって付勢された状態にある。第１取付具１０２を配管Ｐに仮固定することにより、この第１取付具１０２の傾斜スリット５８と第２取付具１０４のピン６４との協働によって、第１センサユニット６を第１母線ＧＬ１上に仮位置決めした状態になり、第２センサユニット８を第２母線ＧＬ２上に仮位置決めした状態になる。

（工程６）第２取付具１０４を配管Ｐに固定する。また、第１取付具１０２を配管Ｐに固定する。これにより、第１センサユニット６は第１母線ＧＬ１上に位置決めされる。また、第２センサユニット８は第２母線ＧＬ２上に位置決めされる。また、第１、第２のセンサユニット６、８は、配管Ｐの長手方向軸線Ａｘ(p)に沿って離間され、その離間距離が適正化される。また、第１センサユニット６は、第１取付具１０２の皿バネ６６によって配管Ｐの周面に付勢された状態になる。同様に、第２センサユニット８は、第２取付具１０４の皿バネ６６によって配管Ｐの周面に向かって付勢された状態になる。

以上の説明から直ちに理解できるように、作業者が配管Ｐに正対した状態を継続した中で、第１、第２のセンサユニット６、８を配管Ｐに適正にＺ配置することができる。換言すれば、配管Ｐの直径方向に対向する第１、第２の母線ＧＬ１、ＧＬ２に第１、第２のセンサユニット６、８を適正に組み付けるために、作業者は配管Ｐの周囲を回り込む必要はない。したがって、複数の配管Ｐが横並びに配列したような作業環境であったとしても、容易に第１、第２のセンサユニット６、８を設置することができる。

図２〜図１６を参照して説明した実施例では、第１アーム部１２２に形成されたスリット５８に沿って、第２アーム部１０８に形成されたピン６４が移動することにより、配管Ｐの軸線方向における第１取付具１０２と第２取付具１０４の相対的な位置決めを誘導するガイド部、すなわち「情報変換機構」が実現されている。

しかし、本発明はこれに限られず、ピン６４やスリット５８の形状を自由に変更することが可能である。情報変換機構の変形例を図１７〜図２０に基づいて説明する。

図１７〜図２０を参照して、第１アーム部１２２に、スリット５８の形状を略三角形に変えた孔部５９が形成されている。また、第２アーム部１０８には、鉤状（フック状）の当接部６５が形成されている。この当接部６５は、第１取付具１０２を配管Ｐの軸線方向に動かすことによって、孔部５９を形成し、配管Ｐの周方向に対して傾斜した傾斜縁部５９ａに当接する。

より具体的には、まず、第２アーム部１０８を配管Ｐに巻き付けて、バンドＢd(3)によって第２取付具１０４を配管Ｐに位置決め固定する。次に、第１アーム部１２２を配管Ｐに巻き付けて、バンドＢd(4)によって第１取付具１０２を配管Ｐに仮止めする。仮止めした直後の状態では、当接部６５は傾斜縁部５９ａに当接していない（図１７）。

その後、第１取付具１０２を配管Ｐの軸線方向に沿って動かして、当接部６５を傾斜縁部５９ａに当接させる（図１８、図１９）。このとき、配管Ｐの軸線方向における第１取付具１０２と第２取付具１０４の相対位置は、最適な位置関係になる。なぜならば、傾斜縁部５９ａの傾斜角度を、配管の径に応じて最適な角度となるように予め規定しているからである。

例えば図２０に示すように、配管Ｐの径が小さくなった場合、傾斜縁部５９ａにおける当接部６５の相対的な位置は変わる。図２０では、図中の上方に移動している。これにより、径が相対的に大きい配管Ｐに設置した図１９に示す第１取付具１０２と第２取付具１０４の離間距離よりも、径が相対的に小さい配管Ｐに設置した図２０に示す第１取付具１０２と第２取付具１０４の離間距離の方が短くなる。

このように、当接部６５と傾斜縁部５９ａがあることにより、ユーザは、配管Ｐの軸線方向における第１取付具１０２と第２取付具１０４の相対位置を誘導してもらえるので、配管Ｐに第１取付具１０２と第２取付具１０４を容易に取り付けることができる。

以上、本発明の好ましい実施例及び変形例を説明したが、本発明はこれに限定されず、下記の変形例を包含する。

(1)実施例では、図２１に模式的に図示したように、第１、第２の取付具１０２、１０４のアーム部１２２、１０８を配管Ｐの周方向に屈曲可能なプレート部材で構成されている。変形例として、図２２に示すように、配管Ｐの周方向に複数の関節８６を有する多関節構造のバンド部材で構成してもよい。この多関節構造のバンドは、腕時計のバンドとして様々な構成が知られている。

(2)実施例において、情報変換機構としてピン６４と傾斜スリット５８との組み合わせ、つまり傾斜スリット５８によってピン６４をガイドする方法を例示した。変形例として、ピン６４、傾斜スリット５８の代わりに、傾斜凹条と、該傾斜凹条に受け入れられた傾斜凸条とのスライド可能な凹凸嵌合を採用してもよい。

Ｐ配管
Ａｘ(p) 配管の長手方向軸線
ＧＬ１第１母線
ＧＬ２第２母線
６第１センサユニット
８第２センサユニット
２４第１超音波素子
２６第２超音波素子
５８傾斜スリット（情報変換機構）
６４ピン（情報変換機構）
６６付勢部材（皿バネ）
１００実施例の超音波流量センサシステム
１０２第１取付具
１０４第２取付具
１０６第２取付部の第２位置規制部
１０８第２取付部の第２アーム部
１２０第１取付具の第１位置規制部
１２２第１取付具の第１アーム部

Claims

配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも一方を行う第１超音波素子を備えた第１センサユニットと、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも他方を行う第２超音波素子を備えた第２センサユニットと、
前記第１超音波素子及び前記第２超音波素子の出力信号に基づいて、前記配管内の流体の流量を算出する算出部と、を有する超音波流量センサであって、
前記第１センサユニットを収容して該第１センサユニットを前記配管に固定するための第１取付具と、
前記第２センサユニットを収容して該第２センサユニットを前記配管に固定するための第２取付具とを含み、
前記第１取付具は、前記配管の径方向から見たときの前記第２超音波素子に対する前記第１超音波素子の向きを前記配管の軸線方向に整合させるよう前記配管の外周面に当接する第１位置規制部と、前記配管の外周面に沿って屈曲可能な一対の第１アーム部とを有し、
前記第２取付具は、前記配管の径方向から見たときの前記第１超音波素子に対する前記第２超音波素子の向きを前記配管の軸線方向に整合させるよう前記配管の外周面に当接する第２位置規制部と、前記配管の外周面に沿って屈曲可能な一対の第２アーム部とを有し、
前記第１、第２取付具は、さらに、
前記第１アーム部と前記第２アーム部に形成され、前記配管の径に応じて、前記配管の軸線方向における前記第１取付具と前記第２取付具の相対的な位置決めを誘導するガイド部を有することを特徴とする超音波流量センサ。
前記算出部は、超音波が前記配管を流れる流体の上流側から下流側に伝搬する時間と、下流側から上流側に伝搬する時間との時間差を求めることにより、前記配管内の流体の流量を算出する、請求項１に記載の超音波流量センサ。
前記第１アーム部と前記第２アーム部は、前記配管の外周面に沿って前記配管の径方向にのみ屈曲可能な板状部材からなる、請求項１又は２に記載の超音波流量センサ。
前記板状部材は、複数の開口が規則的に配列した板状部材で構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波流量センサ。
前記第１取付具は、前記第１センサユニットを前記配管に向けて付勢する第１付勢部材を有し、
前記第２取付具は、前記第２センサユニットを前記配管に向けて付勢する第２付勢部材を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波流量センサ。
前記ガイド部が、前記配管の直径方向に対して該配管の長手方向に傾斜した角度に基づいて前記第１取付具と前記第２取付具の相対的な位置決めを誘導する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波流量センサ。
前記第１アーム部と前記第２アーム部とが互いに隣り合わせに位置するオーバーラップ部分を有し、
該オーバーラップ部分に前記ガイド部が設けられている、請求項６に記載の超音波流量センサ。
前記第１取付具を固定するために前記配管に巻回される第１のバンドと、
前記第２取付具を固定するために前記配管に巻回される第２のバンドとを更に有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波流量センサ。
配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも一方を行う第１超音波素子を備えた第１センサユニットと、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも他方を行う第２超音波素子を備えた第２センサユニットと、
前記第１超音波素子及び前記第２超音波素子の出力信号に基づいて、前記配管内の流体の流量を算出する算出部と、を有する超音波流量センサを配管に取り付けるための取付装置であって、
前記第１センサユニットを収容して該第１センサユニットを前記配管に固定するための第１取付具と、
前記第２センサユニットを収容して該第２センサユニットを前記配管に固定するための第２取付具とを含み、
前記第１取付具は、前記配管の径方向から見たときの前記第２超音波素子に対する前記第１超音波素子の向きを前記配管の軸線方向に整合させるよう前記配管の外周面に当接する第１位置規制部と、前記配管の外周面に沿って屈曲可能な一対の第１アーム部とを有し、
前記第２取付具は、前記配管の径方向から見たときの前記第１超音波素子に対する前記第２超音波素子の向きを前記配管の軸線方向に整合させるよう前記配管の外周面に当接する第２位置規制部と、前記配管の外周面に沿って屈曲可能な一対の第２アーム部とを有し、
前記第１、第２取付具は、さらに、
前記第１アーム部と前記第２アーム部に設けられ且つ前記配管の径に応じて、前記配管の軸線方向における前記第１取付具と前記第２取付具の相対的な位置決めを誘導するガイド部を有することを特徴とする超音波流量センサ用の取付装置。