JPH0632619Y2 - Ultrasonic sensor - Google Patents

Ultrasonic sensor

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JPH0632619Y2
JPH0632619Y2 JP1987165261U JP16526187U JPH0632619Y2 JP H0632619 Y2 JPH0632619 Y2 JP H0632619Y2 JP 1987165261 U JP1987165261 U JP 1987165261U JP 16526187 U JP16526187 U JP 16526187U JP H0632619 Y2 JPH0632619 Y2 JP H0632619Y2
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JP
Japan
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temperature
ultrasonic
block
gas
fluid
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JP1987165261U
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Japanese (ja)
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JPH0170158U (en
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直彦 井上
康夫 野口
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、計測・制御用超音波機器に使用されるガス濃
度測定用の超音波センサーに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to an ultrasonic sensor for measuring gas concentration, which is used in ultrasonic devices for measurement and control.

〔従来技術〕[Prior art]

本考案者らは先に、超音波を利用したガス濃度測定装置
の発明をなし、特開昭55−4528号公報、および特開昭61
−269061号公報に開示した。この装置は、超音波伝搬速
度の被測定ガス濃度依存性を利用して、混合ガス或いは
単成ガスの濃度を測定する装置であり、その超音波セン
サー部を図面に基づき若干詳しく説明する。
The inventors of the present invention have previously invented a gas concentration measuring device using ultrasonic waves, and have disclosed that in Japanese Patent Laid-Open Nos. 55-4528 and 61.
-269061. This device is a device that measures the concentration of a mixed gas or a single-component gas by utilizing the dependence of the ultrasonic wave propagation velocity on the measured gas concentration, and the ultrasonic sensor part thereof will be described in some detail with reference to the drawings.

第2図は、超音波センサーを構成する超音波送信器およ
び受信器の断面図である。超音波素子(41)は、金属もし
くはプラスチック製のホルダー(42)に接着剤等で貼り合
わせてある。超音波素子(41)から出ている2本のケーブ
ル(43)はそれぞれ2つの端子(45)に接続されており、端
子(45)はケーブル(50)に接続されブロック(49)外に引き
出されている。基板(47)はホルダー(42)の内壁に接着固
定されており、端子(45)を保持している。又、基板(48)
はブロック(49)とホルダー(42)の間の保持の役目をして
いる。基板(47)と基板(48)の間、ホルダー(42)とブロッ
ク(49)の間、及びブロック(49)とケーブル(50)の間は、
シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の封入材(51)で封入し、
超音波素子(41)への湿気の進入を防いでいる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an ultrasonic transmitter and a receiver that constitute an ultrasonic sensor. The ultrasonic element (41) is attached to a metal or plastic holder (42) with an adhesive or the like. The two cables (43) coming out of the ultrasonic element (41) are connected to two terminals (45) respectively, and the terminals (45) are connected to the cable (50) and pulled out of the block (49). Has been. The substrate (47) is adhesively fixed to the inner wall of the holder (42) and holds the terminal (45). Also, substrate (48)
Serves as a retainer between the block (49) and the holder (42). Between the board (47) and the board (48), between the holder (42) and the block (49), and between the block (49) and the cable (50),
Encapsulate with an encapsulant (51) such as silicone resin or epoxy resin,
This prevents moisture from entering the ultrasonic element (41).

第3図は、第2図に示した構造の超音波送信器及び受信
器を両端に固定した超音波センサーの外観を示す全体図
である。超音波送信器及び受信器は、向い合せにして保
持台(52)にビス等で適宜固定されている。超音波送信器
及び受信器からはそれぞれケーブル(53)が出ており、演
算処理装置と接続されている。超音波送信器と受信器が
向い合った空間が超音波パス部となる。その超音波パス
部のガス濃度の偏り、気流等の影響をなくし、均一な濃
度にするため、メッシュ(54)によって超音波パス部は覆
われている。メッシュ(54)は金属、プラスチック等でで
きている。また、熱電対、サーミスタ等からなる温度セ
ンサー(55)を超音波送信器もしくは受信器に取り付け、
その測温部を超音波パス部又はその近傍に設置し、温度
ケーブル(56)は演算処理装置と接続されている。
FIG. 3 is an overall view showing the external appearance of an ultrasonic sensor having the ultrasonic transmitter and receiver of the structure shown in FIG. 2 fixed to both ends. The ultrasonic transmitter and the receiver are face-to-face and appropriately fixed to the holding table (52) with screws or the like. A cable (53) is output from each of the ultrasonic transmitter and the receiver and is connected to the arithmetic processing unit. The space where the ultrasonic transmitter and the receiver face each other serves as the ultrasonic path portion. The ultrasonic path portion is covered with a mesh (54) in order to eliminate the influence of the gas concentration bias in the ultrasonic path portion, the influence of air flow, etc., and to make the concentration uniform. The mesh (54) is made of metal, plastic or the like. Also, attach a temperature sensor (55) consisting of a thermocouple, thermistor, etc. to the ultrasonic transmitter or receiver,
The temperature measuring unit is installed at or near the ultrasonic path unit, and the temperature cable (56) is connected to the arithmetic processing unit.

使用(測定)に際しては、このセンサーは被測定ガスの
雰囲気中に置くのであるが、例えば、COインキュー
ベーターの場合、高温多湿の条件下に長時間設置するこ
とになるので、センサーの故障や測定精度の低下といっ
た問題が生じ、また、センサーがオープン系であるた
め、被測定ガスの量が少ない場合や、有害なガスの濃度
の測定には使用できない欠点があった。
In use (measurement), this sensor is placed in the atmosphere of the gas to be measured. For example, in the case of a CO 2 incubator, it will be installed for a long time under high temperature and high humidity conditions, so the sensor will malfunction. However, since the sensor is an open system, it has a drawback that it cannot be used for measuring the concentration of harmful gas or when the amount of gas to be measured is small.

〔考案の目的〕[Purpose of device]

本考案は、従来の超音波センサーのこのような問題点を
解消し、被測定ガスの量が少ない場合や、有害なガスの
濃度測定に使用でき、また、耐湿性と測定精度の安定性
に優れ、故障の少ない超音波センサーを提供することを
目的としたものである。
The present invention solves these problems of the conventional ultrasonic sensor, and can be used when the amount of gas to be measured is small or for measuring the concentration of harmful gas. The object is to provide an ultrasonic sensor that is excellent and has few failures.

〔考案の構成〕[Constitution of device]

即ち本考案は、金属製のブロック内を貫通する流体(被
測定ガス)の通路、該ブロックに内蔵されブロックの温
度と流体の温度とを均一化するための熱交換通路、前記
流体の通路を横切って設けられ、かつ内壁をメッシュで
囲まれていて超音波パス部を内包する貫通穴、基板に取
り付けられたホルダー内に超音波振動子を固定してな
り、該貫通穴の両端部に互いに向い合せにして設置され
た超音波送波部および超音波受波部、及びブロック内の
流体の温度を測定するための温度センサーより成ること
を特徴とするガス濃度測定用超音波センサーである。
That is, the present invention provides a fluid (gas to be measured) passage that penetrates through a block made of metal, a heat exchange passage that is built in the block for equalizing the temperature of the block and the temperature of the fluid, and the passage of the fluid. A through hole that is provided across and has an inner wall surrounded by a mesh and that includes an ultrasonic path portion. An ultrasonic transducer is fixed in a holder attached to a substrate, and both ends of the through hole are mutually An ultrasonic sensor for measuring gas concentration, comprising: an ultrasonic wave transmitting unit and an ultrasonic wave receiving unit, which are installed face to face, and a temperature sensor for measuring the temperature of a fluid in a block.

以下、図面に基づいて本考案を詳しく説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本考案の一実施例となる超音波センサーの断面
図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面図であ
る。送波用超音波振動子(1)及び受波用振動子(2)は、そ
れぞれホルダー(4)の内側に接着剤によって貼り合わせ
てあり、それぞれケーブル(3)により端子(5)へとつなが
れ、さらに演算処理装置に接続されている。ホルダー
(4)は金属、プラスチック等の材料で作られていて、基
板(6)に接着、ハンダ付け等適宜の方法で固定されてお
り、ホルダー(4)内には、シリコン樹脂、エポキシ樹脂
等を封入し、水分の進入を防いでいる。ホルダー(4)を
取り付けた基板(6)は、第1図(a)のようにしてブロック
(7)にビス等適宜な方法で固定されている。また、ブロ
ック(7)と基板(6)との隙間から超音波パス部(8)への水
分の進入を防ぐ為、ブロックにOリング溝(9)を付けO
リング(10)を設けて、ブロック(7)と基板(6)の間をシー
ルするのが望ましい。尚、ブロック(7)はアルミニウ
ム、ステンレス鋼等の耐食性の優れた金属で作られてお
り、通常は一辺が50〜80mmのほぼ立方体の形状にす
るが、これに限定されるものではない。
FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. The ultrasonic transducer for wave transmission (1) and the transducer for wave reception (2) are attached to the inside of the holder (4) with an adhesive, and are connected to the terminal (5) by the cable (3). , Further connected to the arithmetic processing unit. holder
(4) is made of a material such as metal or plastic, and is fixed to the substrate (6) by an appropriate method such as adhesion or soldering.In the holder (4), silicone resin, epoxy resin, etc. are placed. Enclosed to prevent moisture from entering. The board (6) with the holder (4) attached is blocked as shown in Fig. 1 (a).
It is fixed to (7) by a suitable method such as a screw. In addition, an O-ring groove (9) is attached to the block to prevent water from entering the ultrasonic path section (8) through the gap between the block (7) and the substrate (6).
A ring (10) is preferably provided to provide a seal between the block (7) and the substrate (6). The block (7) is made of a metal having excellent corrosion resistance such as aluminum and stainless steel, and usually has a substantially cubic shape with one side of 50 to 80 mm, but is not limited to this.

両端部に超音波振動子(1)、(2)が取り付けられ超音波パ
ス部を内包する貫通穴(8)の内壁、特に被測定ガス通路
(11)と交わる部位は、メッシュ(13)で囲まれている。ガ
ス通路(11)を通る被測定ガスはメッシュ(13)にぶつかり
貫通穴(8)に拡散されて、貫通穴(8)内の濃度を均一にす
る効果が得られる。メッシュ(13)はステンレス鋼、アル
ミニウム、プラスチック等の耐食性の優れた材料ででき
ている。
Inner wall of the through hole (8) with ultrasonic transducers (1) and (2) attached to both ends and containing the ultrasonic path part, especially the gas passage to be measured
A part intersecting with (11) is surrounded by a mesh (13). The gas to be measured passing through the gas passage (11) hits the mesh (13) and diffuses into the through hole (8), so that the concentration in the through hole (8) can be made uniform. The mesh (13) is made of a material having excellent corrosion resistance such as stainless steel, aluminum and plastic.

ガス通路(11)の入口と出口にニップル等を設けチュー
ブ、パイプ等に接続することにより、被測定ガスが非常
に少量であっても。ガス通路(11)及び貫通穴(8)を通過
するだけの量があれば測定可能であると共に、被測定ガ
スが有害なガスであったとしても、ブロック(7)と基板
(6)の間はOリング(10)により密閉しているため、ブロ
ック(7)より外部に被測定ガスが漏れることはなく、安
全に測定を行なうことができる。
By providing nipples and the like at the inlet and outlet of the gas passage (11) and connecting them to tubes, pipes, etc., even if the amount of gas to be measured is very small. It is possible to measure if there is an amount enough to pass through the gas passage (11) and the through hole (8), and even if the gas to be measured is a harmful gas, the block (7) and the substrate
Since the O-ring (10) is closed between (6), the measured gas does not leak to the outside from the block (7), and the measurement can be performed safely.

また、超音波伝搬速度に対する温度の影響を消去するた
め、被測定ガスの温度を測定し温度補償を行なう。温度
測定は1ケ所でもよいが、ブロック内の位置による被測
定ガス温度の不均一による影響をなくすためには、複数
個の感温部を用いて測定値の平均をとるのが望ましい。
温度センサーの感温部を設置する場所は、ガス通路(1
1)、貫通穴(8)、もしくはその両方の超音波パス部の近
傍とするのがよい。尚、超音波パス部は向い合った2つ
の超音波振動子(1)、(2)の間の空間であって、貫通穴
(8)の中央部分に位置するので、温度センサーの感温部
を貫通穴(8)内に設ける場合は、貫通穴(8)の内壁に近い
位置に設ける。温度センサーとしてはサーミスタ、測温
抵抗体、熱電対等が使用できる。
Further, in order to eliminate the influence of temperature on the ultrasonic wave propagation velocity, the temperature of the gas to be measured is measured and temperature compensation is performed. The temperature may be measured at one location, but in order to eliminate the influence of the non-uniformity of the temperature of the gas to be measured due to the position in the block, it is desirable to use a plurality of temperature sensitive parts to average the measured values.
Install the temperature sensor temperature sensor in the gas passage (1
1), the through hole (8), or both of them are preferably near the ultrasonic path portion. The ultrasonic path part is the space between the two ultrasonic transducers (1) and (2) facing each other.
Since it is located in the central portion of (8), when the temperature sensing portion of the temperature sensor is provided in the through hole (8), it is provided at a position close to the inner wall of the through hole (8). A thermistor, a resistance temperature detector, a thermocouple, etc. can be used as the temperature sensor.

さらに、ブロック(7)内のガス通路(11)や貫通穴(8)の位
置による温度差をなくすためには、ブロック(7)の温度
と被測定ガスの温度とを均一化するのが望ましく、その
ためには金属製のブロック(7)内に熱交換通路を設け
て、被測定ガスが通路(11)に入る前にこの熱交換通路を
通すのが有効である。第1図の熱交換通路(15)は、ブロ
ック(7)の稜線に沿って連続して設けられた例を示した
ものであるが、熱交換通路の経路は、ブロック(7)内に
平均的に分布していればよく、特に限定されない。この
方法により被測定ガスの温度とブロック(7)の温度との
差を小さくし、また、ブロック(7)内での温度分布をな
くすことができる。
Further, in order to eliminate the temperature difference due to the positions of the gas passage (11) and the through hole (8) in the block (7), it is desirable to make the temperature of the block (7) and the temperature of the gas to be measured uniform. For that purpose, it is effective to provide a heat exchange passage in the metal block (7) and pass the heat exchange passage before the gas to be measured enters the passage (11). The heat exchange passage (15) in FIG. 1 shows an example in which it is continuously provided along the ridgeline of the block (7), but the route of the heat exchange passage is averaged in the block (7). It is not particularly limited as long as it is distributed over time. By this method, the difference between the temperature of the gas to be measured and the temperature of the block (7) can be reduced, and the temperature distribution in the block (7) can be eliminated.

〔考案の効果〕[Effect of device]

本考案に従うと、超音波センサーを閉鎖系にしたことに
より、測定時には被測定ガスを超音波パス部に導入する
だけでよい為、被測定ガスの量が少ない場合にも使用で
き、超音波センサー全体を高温多湿のガス雰囲気中に曝
らすなどの必要がないため、故障や測定精度の低下を防
ぐことができ、又、被測定ガスが有害なガスの場合で
も、ガスが外部に漏れる恐れがないため安全にガス濃度
の測定を行なうことができて、産業上極めて有用なガス
濃度測定用超音波センサーを提供することができる。
According to the present invention, since the ultrasonic sensor is a closed system, it is only necessary to introduce the gas to be measured into the ultrasonic path during measurement, so it can be used even when the amount of gas to be measured is small. Since it is not necessary to expose the whole to a gas atmosphere of high temperature and high humidity, it is possible to prevent breakdowns and deterioration of measurement accuracy, and even if the measured gas is a harmful gas, the gas may leak to the outside. Since the gas concentration can be measured safely, it is possible to provide an ultrasonic sensor for gas concentration measurement that is extremely useful in industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の一実施例となる超音波センサーの中心
部の断面図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は上面
図である。第2図は従来の超音波センサーを構成する超
音波送信器及び受信器の断面図で、第3図は従来の超音
波センサーの外観を示す全体図である。
FIG. 1 is a sectional view of a central portion of an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a top view. FIG. 2 is a cross-sectional view of an ultrasonic transmitter and a receiver constituting a conventional ultrasonic sensor, and FIG. 3 is an overall view showing the appearance of the conventional ultrasonic sensor.

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】金属製のブロック内を貫通する流体(被測
定ガス)の通路、該ブロックに内蔵されブロックの温度
と流体の温度とを均一化するための熱交換通路、前記流
体の通路を横切って設けられ、かつ内壁をメッシュで囲
まれていて超音波パス部を内包する貫通穴、基板に取り
付けられたホルダー内に超音波振動子を固定してなり、
該貫通穴の両端部に互いに向い合せにして設置された超
音波送波部及び超音波受波部、及びブロック内の流体の
温度を測定するための温度センサーより成ることを特徴
とするガス濃度測定用超音波センサー。
1. A passage for a fluid (gas to be measured) which penetrates through a metal block, a heat exchange passage for equalizing the temperature of the block and the temperature of the fluid, which is built in the block, and a passage for the fluid. The ultrasonic transducer is fixed in a through hole that is provided across and has an inner wall surrounded by a mesh that encloses the ultrasonic path portion and a holder attached to the substrate.
A gas concentration characterized by comprising an ultrasonic wave transmitting portion and an ultrasonic wave receiving portion, which are installed at opposite ends of the through hole so as to face each other, and a temperature sensor for measuring the temperature of the fluid in the block. Ultrasonic sensor for measurement.
【請求項2】温度センサーが、流体の通路及び/もしく
は貫通穴内に設けられた、1個または複数個の感温部を
有することを特徴とする、実用新案登録請求の範囲第
(1)項記載のガス濃度測定用超音波センサー。
2. A utility model registration claim, wherein the temperature sensor has one or a plurality of temperature-sensing parts provided in the fluid passage and / or the through hole.
An ultrasonic sensor for measuring gas concentration according to item (1).
【請求項3】ブロックが、ブロックの温度と流体の温度
とを均一化するための熱交換通路を内蔵していることを
特徴とする、実用新案登録請求の範囲第(1)項もしくは
第(2)項記載のガス濃度測定用超音波センサー。
3. A utility model registration claim (1) or ((3), characterized in that the block has a built-in heat exchange passage for equalizing the temperature of the block and the temperature of the fluid. An ultrasonic sensor for measuring gas concentration according to the item 2).
JP1987165261U 1987-10-30 1987-10-30 Ultrasonic sensor Expired - Lifetime JPH0632619Y2 (en)

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JPH0170158U JPH0170158U (en) 1989-05-10
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