JP7146034B2 - 超音波式流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波ビームを流体中に伝播して流速を検出する超音波式流量測定装置であって、一対の超音波送受信器を測定管路部に保持するための保持部材を有する超音波式流量測定装置に関するものである。

超音波式流量計においては、測定管路部内で流速方向、反流速方向に交互に超音波ビームを測定流体中に伝播して、その伝播時間を検出して、時間差法により流体の流速つまり流量を測定する。

流体に対する超音波ビームの伝播には、一対の超音波送受信器のＺ法、Ｖ法、Ｉ法などの配置の違いによる伝播方法がある。

管体内に超音波ビームを伝播させ送受信するには、管体の２個所に超音波送受信器を配置する必要がある。特許文献１には、超音波送受信器を管体に取り付けるための取付機構が開示されているが、極めて大掛かりである。

特開平１０－２２１１３７号公報

しかし、小型の超音波流量計では、測定管路部とその周辺機構を含めて小型化が要望されており、小型化を維持しながら超音波送受信器を確実に固定し、また必要に応じて簡便に取り付け、取り外すことはなかなか難しい。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、簡便な保持機構により、測定管路部への超音波送受信器の固定を安定させて保持できる小型の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、直管状の測定管路部の２個所の取付面に、一対の超音波送受信器を取り付ける管路部材と、ばね部を備え前記管路部材を囲んで保持する保持部材とを有する超音波式流量測定装置であって、前記保持部材は両端に、前記測定管路部の取付面に取り付けた前記超音波送受信器をそれぞれ収納する枠部を備え、前記取付面は前記測定管路部の両側部に設けた壁面とし、前記取付面同士は前記測定管路部の中心線に沿って正対しており、前記枠部間を連結した前記ばね部により前記枠部同士を引き寄せ合うことで、前記超音波送受信器を前記取付面に対して押圧して固定することを特徴とする。
また本発明に係る超音波式流量測定装置は、直管状の測定管路部の２個所の取付面に、一対の超音波送受信器を取り付ける管路部材と、ばね部を備え前記管路部材を囲んで保持する保持部材とを有する超音波式流量測定装置であって、前記保持部材は両端に、前記測定管路部の取付面に取り付けた前記超音波送受信器をそれぞれ収納する枠部を備え、該枠部間を連結した前記ばね部により前記枠部同士を引き寄せ合うことで、前記超音波送受信器を前記取付面に対して押圧して固定し、前記測定管路部の両端に流体入口管と流体出口管とを接続し、前記保持部材に設けた支持部を前記流体入口管、前記流体出口管に係止したことを特徴とする。

本発明に係る超音波式流量測定装置によれば、管路部材を保持部材により囲み、超音波送受信器を測定管路部に押圧して固定することを、小型化して簡便に適用できる。また、流体からの熱の影響により管路部材が膨張、収縮しても、ばね部を設けることで超音波送受信器に対して常時、所定の押圧力で付勢することが可能である。

実施例１の超音波式流量測定装置の分解斜視図である。 管路部材の断面図である。 保持部材の断面図である。 組立てた状態の斜視図である。 組立てた状態の断面図である。 超音波式流量測定装置をカバー部材で覆った状態の斜視図である。 実施例２の分解斜視図である。 管路部材の断面図である。 保持部材の断面図である。 組立てた状態の斜視図である。 組立てた状態の断面図である。

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１の超音波式流量測定装置の分解斜視図、図２は管路部材の断面図、図３は保持部材の断面図であり、１は管路部材、２は保持部材、３は超音波送受信器、４は取付部材、５は固定ねじ、６は固定リングである。

管路部材１は合成樹脂材から成り、例えば長さ１４０ｍｍ、直径２５ｍｍの直管状の測定管路部１ａの両端部は、流体入口部１ｂと流体出口部１ｃとされ、これらの流体入口部１ｂと流体出口部１ｃとの端部に、それぞれ別体で同径の流体入口管１ｄと流体出口管１ｅとが直線状に接続されている。

測定管路部１ａの中間部の両側部に、斜め方向外側に向けて一対の膨出部１ｆ、１ｇが突出されている。膨出部１ｆ、１ｇには、超音波送受信器３の取付面１ｈ、１ｉが壁面として形成され、両側の取付面１ｈ、１ｉ同士は、測定管路部１ａ内を斜め方向に、例えば角度２５度で横切る線分Ｓに沿って正対している。

測定管路部１ａは一体にして製造され、例えばブロー成型法が適用されている。ブロー成型法では、測定管路部１ａはその外形と一致し、加熱した金型内に、合成樹脂材から成る軟融した袋状のバリソンを配置して、バリソン内に空気を吹き込んで成型し、バリソンの冷却後に金型を外して成型品を取り出す。この成型により、流体入口部１ｂ、流体出口部１ｃ、膨出部１ｆ、１ｇを有する測定管路部１ａが得られる。その後に、流体入口部１ｂ、流体出口部１ｃの端部を切断し、これらの端部に、流体入口管１ｄ、流体出口管１ｅをそれぞれ溶着により接続して、管路部材１を得る。

保持部材２は合成樹脂材から成り、管路部材１の流体入口部１ｂ、流体出口部１ｃ、膨出部１ｆ、１ｇを囲み、超音波送受信器３を収納する箱状の枠部２ａ、２ｂが両端に設けられている。各枠部２ａ、２ｂは、測定管路部１ａを挟み込む側面板２ｃ、２ｄと、これらの側面板２ｃ、２ｄ間に設けられた押圧板２ｅがコ字状に連結されている。また、側面板２ｃ、２ｄ同士は支軸２ｆにより連結されている。

枠部２ａ及び２ｂの先端には、流体入口管１ｄ及び流体出口管１ｅに沿って、これらの一部に係合する断面略半円状の支持部２ｇが延在されている。支持部２ｇの先端部は、後述する固定リング６を取り付けるために縮径されている。

枠部２ａ、２ｂ同士は両側の一対のばね部２ｈ、２ｉにより連結されている。ばね部２ｈ、２ｉは、枠部２ａ、２ｂ間の両側の側面板２ｃ、２ｄに連接され、枠部２ａ、２ｂ同士を引き寄せる引張りばね力が生ずるように、側面から見るとＳ字が連続する形状とされており、付勢力を蓄えている。なお、ばね部２ｈ、２ｉの形状は、引張りばね力を発生する適宜の形状を採用することができる。

このような枠部２ａ、２ｂに設けられた押圧板２ｅは、保持部材２を管路部材１に装着した場合に、測定管路部１ａの取付面１ｈ、１ｉとそれぞれ平行となるようにされている。そして、押圧板２ｅには、固定ねじ５が螺合し挿通するためのねじ孔２ｊが形成されている。

超音波送受信器３は超音波ビームを送受信するピエゾ素子から成り、測定管路部１ａの取付面１ｈ、１ｉの外側にそれぞれ配置可能とされており、リード線３ａが付設されている。超音波送受信器３を背後から覆う取付部材４は、超音波送受信器３を取付面１ｈ、１ｉに確実に位置させるために、測定管路部１ａ、枠部２ａ及び２ｂに嵌合可能とされている。

固定ねじ５は、押圧板２ｅのねじ孔２ｊに螺合して、取付部材４を背面から押圧し、超音波送受信器３を取付面１ｈ、１ｉに密着させる。

固定リング６は、保持部材２の支持部２ｇと管路部材１とに嵌合して、これら間の固定に用いられる。固定リング６は略円環状とされ、片半部６ａの内径は流体入口管１ｄ、流体出口管１ｅの外径と一致し、他半部６ｂの内径は縮径された支持部２ｇの円弧状の外径と一致している。

超音波送受信器３を取付面１ｈ、１ｉに取り付けるには、固定ねじ５をねじ孔２ｊに螺合し、その先端を枠部２ａ、２ｂ内に突出可能にしておく。そして、取付面１ｈ、１ｉの外面に超音波ビームの伝達を良好にするためのグリスを塗布し、超音波送受信器３の外側に取付部材４を被着して、超音波送受信器３を取付面１ｈ、１ｉに固定する。

続いて、管路部材１を保持部材２内に斜め方向に潜らせながら、管路部材１に保持部材２を装着し、図４、図５に示すように、枠部２ａ、２ｂに設けた支持部２ｇの管路部材１に対する係合によって、保持部材２の姿勢を安定させる。

この保持部材２の装着では、ばね部２ｈ、２ｉを引き伸ばして枠部２ａ、２ｂ間を拡げ、両側の取付部材４を内側に押して、超音波送受信器３を取付面１ｈ、１ｉに密着させ、更に固定ねじ５の螺合により押圧して密着性を高める。更に、固定リング５により、保持部材２の支持部２ｇと管路部材１とを固定する。

このようにして、保持部材２を管路部材１に装着することにより、管路部材１は確実に保持部材２によって保持されることになる。

固定ねじ５の螺合は、ばね部２ｈ、２ｉの付勢力に抗して、枠部２ａ、２ｂの間隔を拡げるように作用し、超音波送受信器３を取付面１ｈ、１ｉに押さえ付ける。また、固定ねじ５は螺合の程度により、超音波送受信器３の密着性を調整できるので、超音波送受信器３の出力特性を調整可能となる。

なお、固定ねじ５を使用せずに、枠部２ａ、２ｂの押圧板２ｅから内方に向けて突部を形成して、この突部の先端で取付部材４を押し付けることもできる。

このようにして、保持部材２を管路部材１の外側に装着することにより、測定管路部１ａに超音波送受信器３を取り付けた状態を確実かつ簡便に維持できる。

組み立てられた超音波式流量測定装置では、測定すべき流体は、図５において流体入口管１ｄ、流体入口部１ｂから矢印のように流入し、更に測定管路部１ａ内を経て流体出口部１ｃ、流体出口管１ｅから排出される。

流体は測定管路部１ａ内を流通する過程において、図示しない電気回路からリード線３ａを介して超音波送受信器３に制御信号等を送受信して超音波送受信器３を作動し、流量の測定がなされる。つまり、測定管路部１ａの両側に配置された超音波送受信器３から、測定管路部１ａ内に交互に出射される超音波ビームＢは、取付面１ｈ、１ｉ間を交互に伝播して、斜め方向に正対する相手側の超音波送受信器３との間で入出射する。

測定管路部１ａ内における流体の流れ方向に伝播する超音波ビームＢの所要時間と、流れと逆行方向に伝播する超音波ビームＢの所要時間との時間差を検出し、流体の流速を公知の方法によって演算により求める。

このように、実施例１の超音波式流量測定装置によれば、管路部材１を保持部材２により囲み、超音波送受信器３を測定管路部１ａの取付面１ｈ、１ｉに押圧して、小型化して簡便に使用できる。

また、流体からの熱の影響により、管路部材１が膨張、収縮しても、保持部材２にばね部２ｈ、２ｉを設けることで、超音波送受信器３に対して、常時、所定の押圧力を加えることが可能である。なお、上述の熱の影響により、管路部材１の膨張、収縮に応じて、保持部材２も若干膨張、収縮し、超音波送受信器３に対して一定の押圧力を維持することができる。

使用中には、この超音波式流量測定装置はカバー部材で覆うことが好適であり、図６は防水、防塵、固定のために、カバー部材７によって覆った状態の斜視図である。カバー部材７は合成樹脂材から成り、２つ割りとされている。組立て後の超音波式流量測定装置の外側に被着し、ビスにより固定する。

カバー部材７の流体入口管１ｄ、流体出口管１ｅを覆う部分には、シール材７ｂを介して防水、防塵構造とされ、リード線３ａを引き出す２個所の部分も同様にシールされている。カバー部材７に設けた取付部７ａによって、カバー部材７により覆われた超音波式流量測定装置を周囲のフレーム等に固定する。

図７は実施例２の超音波式流量測定装置の分解斜視図である。 管路部材１１は図８の断面図に示すように、中央の例えば長さ６０ｍｍ、直径８ｍｍの直管状の測定管路部１１ａの両端の側部に、同径の流体入口部１１ｂと流体出口部１１ｃが設けられている。これらの流体入口部１１ｂと流体出口部１１ｃとの端部のそれぞれに、稍々小径で別体の流体入口管１１ｄと流体出口管１１ｅとが接続されている。

流体入口管１１ｄ、流体出口管１１ｅは、測定管路部１１ａに対して対称的に反対方向に稍々傾斜して接続されているが、流体入口管１１ｄ、流体出口管１１ｅ同士は同一軸線上にほぼ直線状に配置されている。また、測定管路部１１ａの両端部には、超音波送受信器１３の取付面１１ｈ、１１ｉが壁面として形成され、取付面１１ｈ、１１ｉ同士は測定管路部１１ａの中心線に沿って正対している。

この流体入口部１１ｂ、流体出口部１１ｃ、取付面１１ｈ、１１ｉを有する測定管路部１１ａの成型には、実施例１と同様にブロー成型法が適用できる。成型後に、流体入口部１１ｂ、流体出口部１１ｃの端部を切断し、これらの端部に流体入口管１１ｄ、流体出口管１１ｅをそれぞれ溶着により接続する。

保持部材１２は実施例１とほぼ同様の構成を有し、超音波送受信器１３を収納すると共に、管路部材１１の流体入口部１１ｂ、取付面１１ｈを囲む枠部１２ａと、流体出口部１１ｃ、取付面１１ｉを囲む枠部１２ｂとが両端に形成され、これらの枠部１２ａ、１２ｂ同士は一対のばね部１２ｈ、１２ｉにより実施例１と同様に連結されている。

保持部材１２は、管路部材１１に装着した場合に、枠部１２ａ、１２ｂの押圧板１２ｅが、測定管路部１１ａの取付面１１ｈ、１１ｉとそれぞれ平行となるようにされ、押圧板１２ｅには、固定ねじ１５を螺合するためのねじ孔１２ｊが形成されている。

また、枠部１２ａ、１２ｂのそれぞれの先端には、保持部材１２を測定管路部１１ａの所定位置に取り付けるために、流体入口管１１ｄ、流体出口管１１ｅに係合する半円筒状の支持部１２ｇが延在されている。

超音波送受信器１３は測定管路部１１ａの取付面１１ｈ、１１ｉの外側にそれぞれ配置可能とされている。取付部材１４は略短円柱形で、その外径は超音波送受信器１３とほぼ同径で、一部に超音波送受信器１３のリード線１３ａを引き出す切欠部が形成されている。固定ねじ１５は、測定管路部１１ａのねじ孔１２ｊに螺合して、取付部材１４の背部を押圧し、超音波送受信器１３を取付面１１ｈ、１１ｉに密着させる。

更に、固定リング１６は、保持部材１２の支持部１２ｇと管路部材１１との間の固定に用いられ、実施例１と同様に、片半部１６ａの内径、他半部１６ｂの内径は、それぞれ流体入口管１１ｄ、流体出口管１１ｅの外径、支持部１２ｇの外径と一致している。

超音波送受信器１３を取り付けるには、取付面１１ｈ、１１ｉに、超音波ビームの伝達を良好にするためのグリスを介して超音波送受信器１３を貼り付け、その外側から取付部材１４を被着して取付面１１ｈ、１１ｉに押圧する。

そして、管路部材１１を保持部材１２内に斜め方向に潜らせながら、管路部材１１に保持部材１２を装着する。支持部１２ｇは流体入口管１１ｄ、流体出口管１１ｅに係合し、保持部材１２の姿勢を安定させる。

この装着に際して、保持部材１２はばね部１２ｈ、１２ｉを引き伸ばして枠部１２ａ、１２ｂ間を拡げ、両側の取付部材１４を固定ねじ１５の螺合により内側に押して、超音波送受信器１３を取付面１１ｈ、１１ｉに密着させる。更に、支持部１２ｇを固定リング１６を用いて管路部材１に固定する。このようにして、保持部材１２を管路部材１１に装着するので、管路部材１１は確実に保持部材１２によって保持されることになる。

組み立てられた超音波式流量測定装置では、測定すべき流体は、図１１において、流体入口管１１ｄ、流体入口部１１ｂから矢印のように流入し、更に測定管路部１１ａを経て流体出口部１１ｃ、流体出口管１１ｅから排出される。流体は測定管路部１１ａ内を流通する過程において、超音波送受信器１３から送受信され、測定管路部１１ａ内を直進する超音波ビームＢを用いて、実施例１と同様の演算により流量の測定がなされる。

この実施例２においても、超音波式流量測定装置をカバー部材７によって被着することが好適である。

実施例１、２のばね部２ｈ、２ｉ、１２ｈ、１２ｉについては、枠部２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂと一体化した合成樹脂製としているが、高温の流体を測定した場合等に、樹脂の温度が上昇すると、ばね部２ｈ、２ｉ、１２ｈ、１２ｉが弾性力を失ったり、温度が低下しても失った弾性力が復元しないことがある。

そのため、このように高温となる可能性がある場合には、ばね部２ｈ、２ｉ、１２ｈ、１２ｉをＳＵＳなどの金属製とし、両側の枠部２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ間に固定することが好ましい。

なお、実施例１、２における上下、左右、前後の用語は、図面に対しての説明であり、実際の装置がこれらの用語によって限定されるものではない。

１、１１ 管路部材
１ａ、１１ａ 測定管路部
１ｂ、１１ｂ 流体入口部
１ｃ、１１ｃ 流体出口部
１ｄ、１１ｄ 流体入口管
１ｅ、１１ｅ 流体出口管
１ｆ、１ｇ 膨出部
１ｈ、１ｉ、１１ｈ、１１ｉ 取付面
２、１２ 保持部材
２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ 枠部
２ｃ、２ｄ、１２ｃ、１２ｄ 側面板
２ｅ、１２ｅ 押圧板
２ｇ、１２ｇ 支持部
２ｈ、２ｉ、１２ｈ、１２ｉ ばね部
２ｊ、１２ｊ ねじ孔
３、１３ 超音波送受信器
４、１４ 取付部材
５、１５ 固定ねじ
６、１６ 固定リング
７ カバー部材

Claims (8)

1. 直管状の測定管路部の２個所の取付面に、一対の超音波送受信器を取り付ける管路部材と、ばね部を備え前記管路部材を囲んで保持する保持部材とを有する超音波式流量測定装置であって、
   前記保持部材は両端に、前記測定管路部の取付面に取り付けた前記超音波送受信器をそれぞれ収納する枠部を備え、
   前記取付面は前記測定管路部の両側部に設けた壁面とし、前記取付面同士は前記測定管路部の中心線に沿って正対しており、
   前記枠部間を連結した前記ばね部により前記枠部同士を引き寄せ合うことで、前記超音波送受信器を前記取付面に対して押圧して固定することを特徴とする超音波式流量測定装置。
2. 直管状の測定管路部の２個所の取付面に、一対の超音波送受信器を取り付ける管路部材と、ばね部を備え前記管路部材を囲んで保持する保持部材とを有する超音波式流量測定装置であって、
   前記保持部材は両端に、前記測定管路部の取付面に取り付けた前記超音波送受信器をそれぞれ収納する枠部を備え、該枠部間を連結した前記ばね部により前記枠部同士を引き寄せ合うことで、前記超音波送受信器を前記取付面に対して押圧して固定し、
   前記測定管路部の両端に流体入口管と流体出口管とを接続し、前記保持部材に設けた支持部を前記流体入口管、前記流体出口管に係止したことを特徴とする超音波式流量測定装置。
3. 前記取付面は前記測定管路部の両側部に膨出部を設けこれらの膨出部に設けた壁面とし、前記取付面同士は前記測定管路部を斜めに横断する線分に沿って正対していることを特徴とする請求項２に記載の超音波式流量測定装置。
4. 前記保持部材は、前記枠部内に設けた取付部材を介して、前記超音波送受信器を前記取付面に固定することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
5. 前記取付部材は前記超音波送受信器を前記取付面に対して位置決めすることを特徴とする請求項４に記載の超音波式流量測定装置。
6. 前記枠部間を連結する前記ばね部は合成樹脂製又は金属製とし、前記枠部の両側に配置して固定したことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
7. 前記枠部間を連結する前記ばね部は、前記枠部の両側に配置し、側面から見た際にＳ字が連続する形状していることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
8. 前記管路部材と前記保持部材の組立体に対し、該組立体を覆うカバー部材を被着したことを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。

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