JPS58173431A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、王として高温流体の流量測定に好適な超音
波ｆｉ＃Ｍｔに関する。

従来、高温流体の流量測定に供する超音波流量計として
、たとえば、第１図および第２図に示すタイプのものが
知られる。

まず、第１図に示す従来例は、ガイド棒方式と呼ばれる
もので、以下にその詳細を図面と共に説明する。

ｌＦｉ高温流体が流れる所望径の配管、２は該配管１に
溶接もしくはロウ付けされた超音波ガイド欅、３は該超
音波ガイド棒２の頂端に、シリコングリス等の音響カッ
プリング材を介して取付けられた超音波送受信子をそれ
ぞれ示し、前記超音波送受信子３を固着した超音波ガイ
ド棒２は、配管ｌに対して互いに交叉した相対向位置の
四個処にそれぞれ各別に傾斜して固着しである。４はそ
れぞれの超音波送受信子３と電気的に接続されて、高温
流体内での超音波伝播時間差を計測して流速ないしは流
量を演算処理する回路部である。

つぎに、第２図に示す従来例を説明する。この超音波流
量計は、ＦＩＴ謂クチクランプ方式ばれるもので１図に
おいて、１および３は、前記従来例と同−構成の配管、
および超音波送受信子−をそれぞれ示す。５Ｖｉ、超音
波送受信子３を、金箔もしくは白金箔などの金禰箔ある
いは、高温用グリースなどから成る音響カップリング材
を介し、またはロウ付けによって頂端に固着した超音波
送受信子取付部材、６は、前記部材５の基端を配管２に
確固に固定するためのクランプ機構である。

そして、前記超音波送受信子３を固着した超音波取付部
材５は、配管１に対して図示のように二個−組が互いに
相対向して四個処にそれぞれ各別にｈ層してあり、しか
もそれぞれの超音波送受信子３と電気的に接続されて、
高温流体内での超音波伝播時間差を計測して流速ないし
け流暖を演算処理する回路部４が設けられている。

斜上の従来例における超音波利用による高温流体の流速
ないしは流譬の計測手段は１位相差法あるいはシング°
γラウンド法またはビーム偏差法など適宜の方法により
実施されているのでその詳細な説明は省く。

ところで、Ｆ述の超音波流量計の構成上で綴本流体との
間に超音波を能率よく伝送することである。配管１と、
配管２内を流れる高温流体とは、互いに接触した状態に
あり高温流体が配管ｌ内の全域に亘って所謂満杯の状態
であるため超音波は比較的よく伝達されるが、問題とな
るのは、配管１の外壁面に対する超音波送受信子３の接
触状態である。特に、配管１内は高温流体が流れるため
。

超音波送受信子３内の例えば圧電型素子のような電気音
響変換素子に高温流体から熱が伝導されるのを避けるた
め第１図に示す従来例では、超音波ガイド棒２を介在さ
せ、この超音波ガイド棒２を図示のように配管１の外壁
または外壁を貫通させて構成することにより、配管１も
しくは、配管１内の高温流体への超音波送受信子３より
の音響エネルギーの能率良い伝送を図り、超音波透過の
際の伝播損失を極力低減しようとしている。

また、第２図に示す従来例では、超音波送受信子３に高
温用のものを用いることにより、長尺な前記ガイド棒を
用いることなく、仮りに用いた場合は惨力短かく構成し
、超音波送受信ｆ３の据動面を、知尺な超音波送受信子
取付部材５を介してクランプ機構６により配管１の外壁
に圧４接触させることにより、前記したと同様に超行波
伝播の効果の低減を防いでいる。

さらに、第１図に示すガイド棒方式の超音波流量計では
、超音波送受信素子３には１例えば、チタン酸ジルコン
酸鉛などの圧電型素子から成る常温用（４０〜６０℃）
のものを用い、ある一定期毎に超音波送受信子３を交換
するような場合の保守性、作業性を良くしようとするも
のであるが。

超音波ガイド棒２の長さを、超音波送受信子３の取付部
分が常温に低下するに必要な大きさとすることが必要不
可欠である。

他方、第２図に示すクランプ方式の超音波流量計では、
超音波送受信子３に、例えば、ニオブ酸リチウムなどの
圧電型素子から成る高温用（２００℃以上）のものを用
いているので、比較的短尺な超音波送受信子取付部材５
によりクランプ機構６によって配管１に固着されている
。

従来の超音波流量計は、斜上のように成るので、まず第
１図に示すガイド俸方式の場合は、超音波ガイド棒２が
配管１の外壁面に溶接加工で取付けられるタイプ、ある
いはロウ付加工で取付けられるタイプ、また、配管１の
外壁を貫通して取付けられるタイプなどいずれも該超音
波ガイド棒２は、高温流体の温度を低減させるに足る長
さが必要であり、例えば、５００℃の高温流体では超音
波ガイド棒２がＳＵＳの場合で長さが５５ｃｗＬ程度と
なり、しかも、配管１内の高温流体をよぎり、管壁の一
方の側から他方の側へ超音波を送受波するだめの相対向
した超音波送受信素子３を正確に精度よく、超音波伝播
経路上に位置させなければならない。しかも超音波ガイ
ド棒２の長さが長い程、それだけ超音波ガイド棒２の配
管１への取付精度が要求される。このことは、超音波ガ
イド棒２の配管１への取付施工が、既設配管などの現場
施工を余儀なくさせら扛る場合、著るしく困難となると
いう欠点があった。

他方、第２図に示すクランプ方式においても、超音波送
受信子取付部材５を配管１に圧着させる圧力がクランプ
機構６によって局部的に作用することとなり、自己ｗ１
の耐圧保証にも問題が生じるという欠点があった。

ちなみに、数餉例を示すと、超音波送受信子取付部材５
を配管ｌの外壁向に圧着する圧力は、約ｌにｐ　７ｗ”
程度が必要であり、超音波伝播透過上の見地から圧着さ
れるべき面積は、超音波送受信子取付部材５−個当り８
００〜ｔｏｏｏ−必要であるから約１トン近くの圧力を
局部的にしかも接触面に一様に掛けなければならないこ
ととなる。

また、とのり゛ランプ方式において、ガイド棒方式では
特に問題にならないが、圧着する場合、その接触面に隙
間が形成されて、空気が入ると超音波の透過を著るしく
阻害するので、配管ｌの外壁面とこれに当接する超音波
送受信子取付部材５の面は、共に光学的平坦度が要求さ
れ、配管１を装備現場で加工しなければならない場合、
このような平坦度に加工することは、相当困難である。

さらに、超音波送受信子３を超音波取付部材５リング材
として使用される高温用グリースは、温度変化あるいは
高温環境下での物性組織上の経時安定性に欠けると言わ
れ、一般には、金箔もしくは白金箔の薄い金属箔を音響
カップリング材として使用されるが、この場合、前述し
たと同様に、相当大きな圧着力を以って超音波送受信子
３と超音波送受信子取付部材５とを押し付けて圧着しな
ければならず、超音波送受信子３の健全性を損うという
欠点があった。

さらにまた、超音波送受信子３を超音波送受信子取付部
組５にロウ付した場合において、超音波送受信子３の交
換、あるいは検査の必要が生じた時、特に、超音波流量
計が、大口径の配管１に装備されている構成では、その
着脱など機器の保守性、交換性に非常に多くの難点があ
った。

この発明は、斜上の点に着目して成されたもので、好ま
しくは、尚温用超音波送受侶子を使用し、該超音波送受
１６子を固着した超音波伝音材の端面と、配管の外壁面
に固着または外壁を貫通して取付けた超音波ガイド棒の
端面とを液状音響カップリング材を介して対設し、超音
波送受信系の長さを従来型に比し格段と短尺とし、かつ
超跨波伝播特性を向上でき、しかも超音波流量計として
の現場施工性、保守性、交換性に優れ、さらに設置Ｉに
よっても配管健全性を損わないようにした超音波流量計
を提供することを１的とする。

以ドに、この発明の一実施例を図面と共に説明する。

なお、従来例と同一構成または相当部分は、−１−符号
で表わし、説明の詳細は省く。

７は、超１波伝音材ヤ、その出端に超音波送受イご子３
をロウ付けなどで固着しである。８１１該超に波伝は材
７の外周に付設したフランジ部、ρは超音波ガイド棒２
にけ設した密閉ハウジング部材で、開ｕ部ｌＯを有する
容体構造を備え、前記フランジ部８が蓋体構造となって
該開口部ｌＯを閉幕し、金纏バッキングもしくは、全域
０リングなどｑ）シール相１１を弁して締付ボルトなど
の止員Ｉ２で確同ｅこ固ホできるようになっている。１
３は密閉ハウジング部材９とフランジ部８とで形成され
る空間部で、前記超音波伝音材１の端面と、超音波ガイ
ド棒２の端面とが互いに相対向し七間隙ｑを存して配設
され、かつ、超音波送受信子３を固着した超音波伝音材
７と超音波ガイド棒２とより成る超音波送受信系が同一
軸線上を保持して、配管１に対し、超音波ガイド棒２が
、その外壁向またはその管壁を貫通して少くとも二個−
組以上、図示では互いに交叉した二個二組計四個が従来
例と同様に溶接もしくはロウ付けにより固着できる。

１４は、前記フランジ部８に接続された充填用管、１５
は密閉ハウジング部材９に接続された排出用管、１６．
１７は両管１４，１５に設けた弁、１８は溶融全域もし
くは有機液体あるいは無機液体などより成る液状音響カ
ップリング材であって。

口１１記管１４．１５を介して空間部１３内に充填され
１間隙ｑを埋めることができる。

この実施例では、超音波ガイド棒２と超音波送受信子３
を固着した超音波伝音材１とは、液状音響カップリング
材１８を充填した密閉ハウジング部材９内において、間
隙ｑを保持して対設されているので、間隙ｑ内には液状
音響カップリング材１８が介在されて不連続空間部分が
なく、シたがって、超音波伝音材７からの超音波は効率
よく液状音響カップリング材１８に入り、この液状音響
カップリング材１８を伝播した超音波が、超音波ガイド
棒２に効率よく伝播しまた上記と逆方向の超音波の伝播
も同様に良好に行われる。

ことに、金属と液体とが直接接触する場合は。

その間に空隙が生ずることがないので、上述の間ＩＭｑ
も亦超音波の透過に同等支障を伴うことはない。

なお、超音波ガイド棒２の端部と超音波伝音材７との間
に介在する液状音響カップリング材１８の厚さすなわち
間隙ｑの長さを、超音波の液状音響カップリング材１８
を形成する液体内での波長を凶以ドにしておけば、液状
音響カップリング材１８が超音波の透過、伝播に及ぼす
影響を抑制することができる。

さらに、超音波送受信子３と１波伝音材７とは。

の透過伝播もきわめて効率よく行われる。

ところで、液状音響カップリング材１８は、弁１６を開
き充填用管１４を用いて、密閉ノ１ウジング部材９と７
ランク部８とで形成される空間部１３内に容易に充填で
きると共に、一旦充填されると、フランジ部８は、シー
ル材１１を介して止具１５により密閉ノ・ウジング部材
９と確固に固着されるので液状音響カップリング材１８
は完全に密閉された空間部１３内に収容されることとな
る。

なお、液状音響カップリング材１８を排出する場合には
、弁１７を開き、同時に弁１６も開いて外気を充填管１
４より導入しながら排出管１５を経て容易に行うことが
できる。

斜上のように、超音波ガイド棒２の端面と超音波伝音材
７とが液状音響カップリング材１８を介在して微小な間
隙ｑを形成しているので、二つの金属面の接触を通して
超音波を透過伝播させる場合のように１両方の金属面を
光学的精度で切削加工し、かつ相当強い圧力でその両方
の金属面を押し付は圧着するという必要はなく、両者の
構成をきわめて簡易化できる。

また、従来例のガイド俸方式における超音波ガイド棒に
比べて、超音波ガイド棒２．超音波伝音材７．超音波送
受信子３で構成される所謂、超音波送受信系の長さを数
分の一程度にまで短尺化できるので、配管ｌへの取付精
度からくる現場施工性を飛鑵的に改善できる。

さらに、超音波ガイド棹２と超音波伝音材１との配置構
成には、間隙ｑによる液状音響カップリング材１８の介
在によって結合させているので、従来例のクランプ方式
におけるような配管ｌへ圧着に必要な外力を配ｆ１に余
分に加える必要はなく、配管１の耐久性、健全性を損う
ことなく、さらにまた、配管１の外壁面を光学的精度で
研削加工する必要もない。

なおまた、必壺に応じ−に期間毎に超音波送受、信子３
を交換、あるいは検査する場合においても、空間部１３
内の液状音響カップリング材１８を排出管１５より排出
した後、止具１２を外し、フランジ部８を含む超音波伝
音材７を密閉ノ・ウジング部材９より分離できるので、
該超音波伝音材７にロウ付けされた超音波送受信子３を
簡単に調べることができる。

以上、この発明について、一実施例を説明したが、被測
定流体が高温の場合以外のどのような温度の流体であっ
ても、この発明は適用できる。

斜上のように、この発明によれば、超音波送受信系に、
間隙を設けて液状音響カップリング材を介在させて構成
したので高温流体が流れる配管に対して比較的短尺な長
さを以って超音波送受信系を固着でき、しかも熱影響を
回避できると共に、光学的平坦度に研削加工する必要も
なく、さらに押し付は圧着に費する相当大きな外力を加
える必要もないので、現場施工性に優れ、配管の健全性
を損うことなく、精度、信頼性、保守性、交換性に優れ
た製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来例の超音波流量計を示す概
略説明図、第３図はこの発明に係る超音液流量針の一実
施例を示す概略説明図、第４図は要部構造の拡大断面説
明図、第５図は同上のＶ−Ｖ線矢視の断面説明図である
。 １・・・・・・・・・配管 ２・・・・・・・・・超音波ガイド棒 ３・・・・・・・・・超音波送受信子 ４・−・・・・・・・回路部 ５・・・・・・・・・超音波送受信子取付部材６・・・
・・・・・・クランプ部材 ７・・・・・・・・・超音波伝音材 １３・・・・・・空間部 １４・・・・・・充填用管 １５・・・・・・排出用管 １８・・・・・・液状音書カップリング材ｑ・・・・・
・・・・間隙 なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。 代理人　葛野信−（ほか１名） 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体の流速ないし流量を測定する超音波を利用した流量
   計において、被測定流体が流れる配管の外壁面に溶接も
   しくはロウ付け、あるいは前記配管の管壁を貫通させて
   取付けた超音波ガイド棒と。 該超音波ガイド棒の配管取付側と反対側の端面に溶融金
   輌または有機液体もしくは無機液体などの液体が直接接
   触するように構成された液状音響カップリング材と、該
   液状音響カップリング材と直接接触し、かつ前記超音波
   ガイド棒と間隙を存して配設される超音波伝音材と、該
   超音波伝音材の液状音響カップリング材との接触側と反
   対側の端面に同着された超音波送受信子と、を備えたこ
   とを特徴とする超音波流量計。