KR101173372B1

KR101173372B1 - Ultrasonic transmitting/receiving device

Info

Publication number: KR101173372B1
Application number: KR1020107015906A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 나카자와
Original assignee: 가부시키가이샤 오바루
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2012-08-10
Also published as: JP2010056825A; KR20100099299A; WO2010024017A1; CN101919263A; JP4341782B1

Abstract

빈틈(39)은, 가령 결로가 발생해도, 수분이 이 자중에 의해서 빠져 나오는 간격에, 또한, 측정관을 흐르는 피측정 유체로부터 받는 부압에 의해서 빠져 나오는 간격으로 형성되어 있다. 빈틈(39)은, 초음파를 송수파하는 송수파 공간(41)에 연이어 통하도록 되어 있다. 타단부(45)의 외면에는, 빈틈(39)의 상태를 유지하기 위해서, 복수의 볼록부가 등피치로 배치 형성되어 있다. 내부측 하우징(35)에는, 내면 및 외면을 관통하도록 하우징 관통구멍(42)이 복수 개소 형성되어 있다.The gap 39 is formed at an interval at which moisture escapes due to its own weight even when dew condensation occurs, and at an interval at which moisture escapes due to negative pressure received from the fluid under measurement flowing through the measurement tube. The clearance 39 is connected to the transmission wave space 41 which transmits and receives an ultrasonic wave continuously. On the outer surface of the other end part 45, in order to maintain the state of the clearance 39, the some convex part is arrange | positioned at equal pitch. The inner housing 35 is provided with a plurality of housing through-holes 42 so as to penetrate the inner surface and the outer surface.

Description

Ultrasonic Transceivers {ULTRASONIC TRANSMITTING / RECEIVING DEVICE}

본 발명은, 초음파 송수파기(送受波器)에 관한 것으로, 자세하게는, 기체용 초음파 유량계에 이용되는 초음파 송수파기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transmitter, and more particularly, to an ultrasonic transmitter used for a gas ultrasonic flowmeter.

예를 들면, 일본 특허 제3639570호에는 다음과 같은 기술이 개시되어 있다. 도 8(a)에 있어서, 초음파 유량계(1)는, 피측정 유체가 유속 F로 흐르는 측정관(2)을 구비하고 있다. 측정관(2)에는, 이 관축 O-O에 대해 각도 β의 각도를 갖고 대향하는 지지관(3 및 4)이 설치되어 있다. 지지관(3)에는 초음파 송수파기(5)가, 또한, 지지관(4)에는 초음파 송수파기(6)가, 동축에 대향하는 상태로 고착되어 있다.For example, Japanese Patent No. 3639570 discloses the following technique. In FIG. 8A, the ultrasonic flowmeter 1 includes a measuring tube 2 through which a fluid under measurement flows at a flow rate F. In FIG. The measuring tube 2 is provided with support tubes 3 and 4 which face each other at an angle β with respect to this tube axis O-O. The ultrasonic transducer 5 is fixed to the support tube 3, and the ultrasonic transducer 6 is fixed to the support tube 4 in a state opposite to the coaxial.

초음파 유량계(1)는, 화살표 Ua로 나타내는 바와 같이 초음파 송수파기(6)로부터 초음파를 소정시간, 흐름에 대해서 순방향으로 발사하여, 이것을 초음파 송수파기(5)로 수파하도록 되어 있다. 초음파 송수파기(5)는, 초음파를 수파한 후에 화살표 Ub로 나타내는 바와 같이 흐름과 역방향으로, 즉 초음파 송수파기(6)를 향해서 초음파를 발사하도록 되어 있다. 초음파 송수파기(5 및 6)는, 같은 구조의 것이 이용되고 있다. 초음파 송수파기(5 및 6)는, 교대로 초음파의 송수를 반복하는 것이 되어 있다.As shown by arrow Ua, the ultrasonic flowmeter 1 emits ultrasonic waves from the ultrasonic transceiver 6 in a forward direction with respect to a predetermined time and a flow, and receives the ultrasonic waves with the ultrasonic transmitter 5. After receiving the ultrasonic wave, the ultrasonic wave receiver 5 emits ultrasonic waves in the opposite direction to the flow, that is, toward the ultrasonic wave transceiver 6, as indicated by the arrow Ub. The ultrasonic wave receivers 5 and 6 have the same structure. The ultrasonic wave receivers 5 and 6 alternately repeat the ultrasonic wave transmission.

초음파 송수파기(5 및 6)의 구간에 있어서, 초음파의 화살표 Ua방향의 전파시간과, 화살표 Ub방향의 전파시간과의 시간차는, 피측정 유체의 화살표 F방향의 유속에 비례한 시간차인 것이 알려져 있다. 따라서, 초음파 유량계(1)는, 상기 시간차에 피측정 유체의 플로우 패턴에 관한 레이놀즈수 보정을 실시한 유속을 구하여, 그리고, 이 유속에 측정관(2)의 관로 단면적을 곱셈하는 것에 의해서 유량을 구할 수 있도록 되어 있다.It is known that the time difference between the propagation time in the arrow Ua direction and the propagation time in the arrow Ub direction of the ultrasonic wave receivers 5 and 6 is a time difference proportional to the flow velocity in the arrow F direction of the fluid under measurement. . Therefore, the ultrasonic flowmeter 1 obtains a flow rate at which the Reynolds number correction is performed on the flow pattern of the fluid under measurement at the time difference, and calculates the flow rate by multiplying this flow rate by the cross-sectional area of the pipe line of the measurement tube 2. It is supposed to be.

도 8(b)에 있어서, 초음파 송수파기(5)는, 탄성체(7)와, 이 탄성체(7)가 매설되는 초음파 송수파 소자(도시 생략)와, 탄성체(7)의 일부가 고착하는 대략 원통형상의 내부측 하우징(8)을 구비하여 구성되어 있다{초음파 송수파기(6)도 같은 것이기 때문에, 여기서의 설명을 생략한다}. 초음파 송수파기(5)는, 측정관(2)에 형성되는 지지관(3)에 내부측 하우징(8)을 빈틈없이 꽂아넣어 고정되어 있다. 탄성체 (7)는, 대략 원기둥 형상의 일단부(9)와, 대략 원기둥 형상의 타단부(10)와, 이들 사이에 위치하는 작은 지름의 잘록부(11)를 갖고 있다. 일단부(9)는, 내부측 하우징(8)에 고착되어 있다. 타단부(10)에는, 초음파 송수파 소자가 매설되어 있다.In FIG. 8B, the ultrasonic wave receiver 5 includes an elastic body 7, an ultrasonic wave element (not shown) in which the elastic body 7 is embedded, and a substantially cylindrical body in which a portion of the elastic body 7 is fixed. The inner housing 8 of the upper part is comprised (the ultrasonic wave transceiver 6 is also the same, and abbreviate | omits description here). The ultrasonic wave receiver 5 is fixed by inserting the inner housing 8 into the support tube 3 formed in the measuring tube 2 without any gap. The elastic body 7 has the substantially cylindrical one end part 9, the substantially cylindrical other end part 10, and the small diameter narrow part 11 located between them. The one end 9 is fixed to the inner housing 8. In the other end 10, an ultrasonic wave wave element is embedded.

타단부(10)의 외면과 내부측 하우징(8)의 내면과의 사이에는, 빈틈(12)이 형성되어 있다. 또한, 잘록부(11)와 내부측 하우징(8)의 내면과의 사이에는, 덤핑 작용 공간(13)이 설치되어 있다. 타단부(10)의 외면과 내부측 하우징(8)의 내면과의 사이의 빈틈(12)은, 매우 작은 공간이 생기는 상태로 형성되어 있다. 타단부 (10)의 단면(14)과 내부측 하우징(8)의 단면(15)과의 사이에는, 상기 빈틈(12)이 초음파를 송수파하는 측정관(2)내의 송수파 공간(16)에 연이어 통하지 않게 하기 위한 밀봉부재(17)가 설치되어 있다. 밀봉부재(17)는, 상기 빈틈(12)에 피측정 유체로부터의 수분(액체)이 비집고 들어가지 않게 하기 위해서 설치되어 있다. 빈틈 (12)은 매우 작은 공간이지만, 수분이 비집고 들어가기에는 충분한 공간이 되어 있다.The gap 12 is formed between the outer surface of the other end part 10 and the inner surface of the inner side housing 8. In addition, a dumping action space 13 is provided between the cutout portion 11 and the inner surface of the inner housing 8. The space | gap 12 between the outer surface of the other end part 10, and the inner surface of the inner side housing 8 is formed in the state which a very small space produces. Between the end face 14 of the other end 10 and the end face 15 of the inner side housing 8, the water wave space 16 in the measuring tube 2 through which the gap 12 transmits and receives ultrasonic waves The sealing member 17 is provided in order to prevent it from passing through. The sealing member 17 is provided in order to prevent moisture (liquid) from the fluid under measurement from entering the gap 12. The gap 12 is a very small space, but is a space sufficient for moisture to enter.

밀봉부재(17)를 설치하는 이유로서는, 피측정 유체로부터의 수분에 의해서 탄성체(7)가 둘러싸여 버리면, 탄성체(7)는 내부측 하우징(8)에 대해 마치 가교된 상태가 되어 버리기 때문에, 이것에 의해 초음파는 기체중에 전반(傳搬)되지 않고, 보다 전해지기 쉬운 내부측 하우징(8)에 전반되어 버려, 그 결과, 초음파의 송수파에 지장을 초래하여 계측 불량을 일으켜 버릴 우려를 갖기 때문이다.The reason for providing the sealing member 17 is that when the elastic body 7 is surrounded by moisture from the fluid under measurement, the elastic body 7 becomes as if it is crosslinked with respect to the inner housing 8. This is because ultrasonic waves are not propagated in the gas, but propagated to the inner housing 8 which is more likely to be transmitted. As a result, the ultrasonic wave may be disturbed, which may cause measurement failure. to be.

그런데, 상기 종래기술에 있어서는, 탄성체(7)에 있어서의 타단부(10)의 단면(14)과 내부측 하우징(8)의 단면(15)과의 사이에 밀봉부재(17)를 설치하고 있기 때문에, 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 즉, 내부측 하우징(8)의 내측에서 예를 들면 결로 등이 생긴 경우에는, 밀봉부재(17)의 존재에 의해서 수분을 빼지 못하고, 결과, 초음파의 송수파에 지장을 초래해 버린다고 하는 문제점을 갖고 있다.By the way, in the said prior art, the sealing member 17 is provided between the end surface 14 of the other end part 10 and the end surface 15 of the inner side housing 8 in the elastic body 7. Therefore, there are the following problems. That is, in the case where condensation or the like occurs inside the inner housing 8, for example, the presence of the sealing member 17 prevents water from being drained, which results in a problem of disturbing the ultrasonic wave. Have

만일, 상기 내측에서 결로 등이 발생한 경우에는, 초음파 송수파기(5)를 지지관(3)으로부터 떼어 벗겨 수분을 제거한다고 하는 번거로운 작업을 해야 하게 된다. 또한, 이 번거로운 작업을 할 때까지는, 양호한 계측 결과를 얻을 수 없게 된다. 본원 발명자는, 수신 파형이 흐트러져 정상적인 계측을 행할 수 없는 것을 밝혀내고 있다.If condensation or the like has occurred from the inside, it is necessary to perform the cumbersome work of removing the ultrasonic wave receiver 5 from the support tube 3 to remove moisture. In addition, good measurement results cannot be obtained until this cumbersome work is performed. The inventors have found out that the reception waveform is disturbed and normal measurement cannot be performed.

본 발명의 목적은, 수분에 영향을 받는 일이 없고, 정상적인 계측을 행하는 것이 가능한 초음파 송수파기를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide an ultrasonic transmitter and receiver capable of performing normal measurement without being affected by moisture.

상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 1에 기재된 본 발명의 초음파 송수파기는, 원기둥 형상 또는 원판 형상의 일단부, 원기둥 형상의 타단부, 및 이들 사이에 위치하는 작은 지름의 잘록부를 갖는 탄성체와, 상기 탄성체에 매설되는 초음파 송수파 소자와, 상기 일단부를 사이에 두고 상기 탄성체가 고착하는 원통형상의 내부측 하우징을 구비하는 초음파 송수파기로서, 상기 내부측 하우징 및 상기 탄성체는, 상기 내부측 하우징의 내면과 상기 잘록부와의 사이에 덤핑 작용 공간을 갖는 동시에, 상기 내부측 하우징의 내면과 상기 타단부와의 사이에 빈틈을 갖는, 초음파 송수파기에 있어서, 상기 타단부의 외면에 복수의 볼록부를 설치하는 동시에 상기 타단부의 지름을 조정하여 상기 빈틈을 갖추도록 형성하고, 또한, 초음파를 송수파하는 측정관내의 송수파 공간과 상기 빈틈을 연이어 통하게 하도록 상기 내부측 하우징과 상기 탄성체를 배치 형성하고, 또한, 상기 내부측 하우징에는, 상기 내부측 하우징을 관통하는 하우징 관통구멍을 복수 개소 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.The ultrasonic wave receiver of the present invention according to claim 1, which is made in order to solve the above problems, has an elastic body having a cylindrical or disk-shaped end, a cylindrical end, and a small-diameter narrowing portion located therebetween, and the elastic body. An ultrasonic transceiver comprising an ultrasonic transceiver element embedded in the cylindrical housing and a cylindrical inner housing to which the elastic body is fixed between the one end portion, wherein the inner housing and the elastic body are formed on the inner surface of the inner housing and the cut off. In the ultrasonic transmitter and receiver having a dumping action space between the parts and a gap between the inner surface of the inner side housing and the other end, a plurality of convex parts are provided on the outer surface of the other end and the other ends. The diameter of the end is adjusted to form the gap, and the ultrasonic wave is transmitted and received. The inner housing and the elastic body are disposed so as to allow the water-wave space in the tubular tube to communicate with the gap, and a plurality of housing through-holes penetrating the inner housing are formed in the inner housing. Doing.

이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 내부측 하우징과 탄성체와의 사이에 예를 들면 결로가 생기거나, 혹은 피측정 유체로부터의 수분이 비집고 들어가거나 해도, 수분은 자연스럽게 빠져 나오게 된다.According to the present invention having such a feature, even if dew condensation occurs between the inner housing and the elastic body, or moisture from the fluid to be measured enters, moisture naturally escapes.

청구항 2에 기재된 본 발명의 초음파 송수파기는, 청구항 1에 기재된 초음파 송수파기에 있어서, 상기 하우징 관통구멍의 형성위치를 상기 내부측 하우징의 둘레방향으로 동일 피치로 되는 4개소에 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.The ultrasonic wave receiver of the present invention according to claim 2 is characterized in that, in the ultrasonic wave receiver according to claim 1, the positions at which the housing through-holes are formed are set to four places having the same pitch in the circumferential direction of the inner housing. .

이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 하우징 관통구멍은 초음파 송수파기의 부착방향에 좌우되기 어려운 위치에 배치 형성되게 된다. 하우징 관통구멍은, 피측정 유체가 흐르는 측정관의 지지관에 대해서 내부측 하우징을 지지 고정할 때의, 예를 들면 나사구멍의 위치에 배려하여 배치 형성하는 것이 바람직한 것으로 한다(예를 들면 나사구멍이 네 개라고 하면, 서로 이웃하는 나사구멍의 사이에 위치하도록 배치 형성한다).According to the present invention having such a feature, the housing through hole is formed to be disposed at a position that is hardly influenced by the attachment direction of the ultrasonic transceiver. It is preferable that the housing through-hole is formed in consideration of, for example, the position of the screw hole when supporting and fixing the inner housing with respect to the support tube of the measurement tube through which the fluid to be measured flows (for example, the screw hole). If these are four, they are arranged so as to be located between the adjacent threaded holes).

청구항 3에 기재된 본 발명의 초음파 송수파기는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 초음파 송수파기에 있어서, 용도를 기체 계측으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.The ultrasonic wave transmitter of this invention of Claim 3 makes use for gas measurement in the ultrasonic wave receiver of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.

이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 기체중에 수분이 가령 포함되어 있었다고 해도, 이 수분은 자연스럽게 빠져 나오게 되기 때문에, 기체 계측에 적합한 초음파 송수파기가 된다.According to the present invention having such a feature, even if moisture is contained in the gas, the moisture naturally escapes, thereby making it an ultrasonic transmitter suitable for gas measurement.

도 1은, 초음파 유량계의 측정 원리를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 초음파 송수파기의 일실시형태를 도시하는 정면도이다.
도 3은, 도 2의 A-A선단면도이다.
도 4는, 초음파 송수파기의 사시도이다.
도 5는, 실류(實流)에서의 수분 영향을 보기 위한 수분 봉입 영향 시험장치의 구성도이다.
도 6은, 수분 봉입 영향 시험의 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은, 초음파 송수파기의 수신파에 관한 도면이다.
도 8(a)는, 종래 예의 초음파 유량계를 도시하는 도면, 도 8(b)는 종래예의 초음파 송수파기를 도시하는 도면이다.FIG. 1: is a figure which shows typically the measuring principle of an ultrasonic flowmeter.
Fig. 2 is a front view showing one embodiment of the ultrasonic transceiver of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2.
4 is a perspective view of the ultrasonic transceiver.
Fig. 5 is a configuration diagram of a moisture encapsulation influence test apparatus for viewing the influence of moisture in the actual flow.
6 is a graph showing the results of the moisture encapsulation influence test.
7 is a diagram of a reception wave of an ultrasonic transceiver.
Fig. 8A is a diagram showing an ultrasonic flow meter of a conventional example, and Fig. 8B is a diagram showing an ultrasonic water wave receiver of a conventional example.

이하, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 초음파 유량계의 측정 원리를 모식적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 초음파 송수파기의 일실시형태를 도시하는 정면도, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도, 도 4는 초음파 송수파기의 사시도이다.A description with reference to the drawings is as follows. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the measuring principle of an ultrasonic flowmeter. 2 is a front view showing an embodiment of the ultrasonic transceiver of the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along the line A-A of FIG. 2, and FIG. 4 is a perspective view of the ultrasonic transceiver.

도 1에 있어서, 초음파 유량계(21)는, 기체 계측용의 것으로서, 피측정 유체 (예를 들면 가스)가 유속 V로 흐르는 측정관(22)을 구비하고 있다. 측정관(22)에는, 지지관(23,23)을 사이에 두고 초음파 송수파기 A, B가 설치되어 있다. 초음파 유량계(21)는, 초음파 송수파기 A, B 사이에서 교대로 송수파되는 초음파의 전반시간의 차이로부터 유량을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 초음파 유량계(21)는, 초음파의 송수파에, 선회류의 영향을 받기 어렵고, 높은 계측 분해가능을 얻을 수 있는 '반사(싱글 리플렉션) 방식'과, 연산법에, 음속이 관계되지 않는 '전반시간 역수차법'을 채용하는 것에 의해서, 고정밀도로 안정된 기체유량의 측정을 가능하게 한 것이 되어 있다. 이하, 측정원리를 간단하게 설명한다.In FIG. 1, the ultrasonic flowmeter 21 is for gas measurement, and is provided with the measuring tube 22 through which the fluid under test (for example, gas) flows at the flow velocity V. In FIG. The measuring pipes 22 are provided with ultrasonic wave receivers A and B with support tubes 23 and 23 interposed therebetween. The ultrasonic flowmeter 21 is configured to obtain a flow rate from the difference in the propagation time of the ultrasonic waves transmitted and received alternately between the ultrasonic wave receivers A and B. FIG. Ultrasonic flowmeter 21 is a "single reflection" method that is hardly affected by swirl flow, and can obtain high measurement resolution, and "overall" where sound velocity is not related to the calculation method. By adopting the time reverse aberration method, it is possible to measure the gas flow rate stably with high accuracy. The principle of measurement is briefly described below.

'Tab'를 초음파 송수파기 A로부터 B까지의 전반시간(s)으로 하고, 'Tba'를 초음파 송수파기 B로부터 A까지의 전반시간(s)으로 하고, 'L'을 초음파의 전반거리 (m)로 하고, 'C'를 계측 기체중의 음속(m/s)으로 하고, 'V'를 계측 기체의 유속 (m/s)으로 하고, 'φ'를 초음파의 진로와 측정관(22)의 관로 중심축과의 각도로 하면, 기체가 흐르고 있을 때는, 다음과 같은 식으로 표시된다.'Tab' is the propagation time (s) from the ultrasonic transceivers A to B, 'Tba' is the propagation time (s) from the ultrasonic transceivers B to A, and 'L' is the propagation distance (m) of the ultrasonic waves. Where 'C' is the sound velocity in the measurement gas (m / s), 'V' is the flow rate of the measurement gas (m / s), and 'φ' is the path of the ultrasonic wave and the pipe of the measurement tube 22. When the angle is set to the central axis, when the gas is flowing, it is expressed as follows.

[수식 1][Equation 1]

… (1)

… (One)

[수식 2][Equation 2]

… (2)

식(1), (2)로부터, From formulas (1) and (2),

[수식 3][Equation 3]

… (3)

여기서 측정관(22)의 관로 단면적을 A(m²)로 하면, 유량 Q(m³/h)는, 다음의 (4)식으로 표시된다.If the pipe cross-sectional area of the measuring tube 22 is A (m ² ), the flow rate Q (m ³ / h) is expressed by the following equation (4).

[수식 4][Equation 4]

… (4)

단) K : 계수 K) coefficient

즉, 초음파 전반시간의 역수의 차로부터 유속이 구해져{상기 식(3) 참조}, 결과적으로 유량을 얻을 수 있게 된다{상기 식(4) 참조}.That is, the flow velocity is obtained from the difference of the inverse of the ultrasonic propagation time (see equation (3) above), and as a result, the flow rate can be obtained (see equation (4) above).

다음에, 도 2 내지 도 4를 참조하면서 상기 초음파 송수파기 A, B에 대응하는, 본 발명의 초음파 송수파기(31)에 대해 설명한다.Next, the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention corresponding to the ultrasonic wave receivers A and B will be described with reference to FIGS.

도 2 내지 도 4에 있어서, 본 발명의 초음파 송수파기(31)는, 지지관(23)에 나사 고정에 의해서 지지 고정되는 하우징(32)을 구비하고 있다. 또한, 초음파 송수파기(31)는, 하우징(32)에 수용되는 탄성체(33)와, 이 탄성체(33)에 매설되는 초음파 송수파 소자(34)를 구비하고 있다.2 to 4, the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention is provided with a housing 32 which is supported and fixed to the support tube 23 by screwing. The ultrasonic wave receiver 31 includes an elastic body 33 accommodated in the housing 32 and an ultrasonic water wave element 34 embedded in the elastic body 33.

하우징(32)은, 예를 들면 스테인리스로 이루어지는 재료를 절삭 가공하는 것에 의해 제조되고 있다. 하우징(32)은, 지지관(23)내에 삽입되는 내부측 하우징 (35)과, 지지관(23)에 나사 고정되는 플랜지(36)와, 지지관(23)의 외부에 노출하여 배선(37)을 도출하는 외부 하우징(38)을 갖고 있다.The housing 32 is manufactured by cutting the material which consists of stainless steel, for example. The housing 32 is exposed to the outside of the inner housing 35 inserted into the support tube 23, the flange 36 screwed to the support tube 23, and the outside of the support tube 23, and the wiring 37. Has an outer housing 38 which leads to.

본 발명의 초음파 송수파기(31)는, 내부측 하우징(35)과, 이 내부측 하우징 (35)내에 수용되는 탄성체(33)와, 이들 사이에 형성되는 빈틈(39)에 특징을 갖고 있다(이외는 기본적으로 종래와 같은 구성 및 구조이며, 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다).The ultrasonic transceiver 31 of the present invention is characterized by an inner housing 35, an elastic body 33 accommodated in the inner housing 35, and a gap 39 formed therebetween (other than Is basically the same structure and structure as the conventional one, and detailed description thereof will be omitted).

상기 내부측 하우징(35)은, 대략 원통형상의 형상으로서, 이 선단부(40)가 측정관(22)의 관로, 즉 초음파를 송수파하는 송수파 공간(41)(도 1 참조)에 노출되도록 형성되어 있다. 내부측 하우징(35)은, 소정의 길이를 갖고 있고, 이 기초단에는 환상의 플랜지(36)가 연이어 이루어져 있다. 내부측 하우징(35)의 내면 및 외면은, 단면에서 본 경우, 하우징(32)의 도시하지 않는 중심축에 대해서 동심원이 되도록 형성되어 있다. 이러한 내부측 하우징(35)에는, 내면 및 외면을 관통하도록 하우징 관통구멍(42)이 복수 개소 형성되어 있다.The inner housing 35 has a substantially cylindrical shape, and is formed such that the tip portion 40 is exposed to the pipe of the measuring tube 22, that is, the water wave space 41 (see FIG. 1) for transmitting and receiving ultrasonic waves. It is. The inner housing 35 has a predetermined length, and an annular flange 36 is connected to the base end. The inner surface and the outer surface of the inner housing 35 are formed so as to be concentric with respect to the central axis (not shown) of the housing 32 when viewed in cross section. A plurality of housing through-holes 42 are formed in the inner housing 35 so as to pass through the inner surface and the outer surface.

하우징 관통구멍(42)은, 내부측 하우징(35)의 둘레방향에 같은 피치(90도 피치)가 되는 4개소에 배치 형성되어 있다(수는 일례인 것으로 한다. 수는 1개 또는 복수 중의 어느 쪽이더라도 좋은 것으로 한다). 하우징 관통구멍(42)은, 플랜지 (36)의 나사구멍(43)에 대해서 45도 어긋나는 위치에 배치 형성되어 있다. 하우징 관통구멍(42)은, 상기 중심축을 따라서 신장하도록 형성되어 있다. 본 형태에 있어서는, 타원 형상으로 형성되어 있다(일례인 것으로 한다. 예를 들면, 대략 장방형 형상이나 타원 형상으로 형성해도 좋은 것으로 한다. 또한, 복수의 원형의 구멍을 일렬로 나열하는 바와 같은 형상으로 해도 좋은 것으로 한다).The housing through-holes 42 are arranged and formed in four places which become the same pitch (90-degree pitch) in the circumferential direction of the inner side housing 35 (the number shall be an example. It may be one). The housing through hole 42 is disposed at a position shifted by 45 degrees with respect to the screw hole 43 of the flange 36. The housing through hole 42 is formed to extend along the central axis. In this embodiment, it is formed in ellipse shape (it shall be an example. For example, you may form in substantially rectangular shape or an ellipse shape. Moreover, in the shape as which several circular holes are arranged in a line. I may do it).

내부측 하우징(35)은, 복수의 하우징 관통구멍(42)을 설치한 형상이지만, 강성은 충분히 확보되어 있다.The inner housing 35 has a shape in which a plurality of housing through holes 42 are provided, but rigidity is sufficiently secured.

상기 탄성체(33)는, 대략 원판 형상의 일단부(44)와, 대략 원기둥 형상의 타단부(45)와, 이들 사이에 위치하는 작은 지름의 잘록부(46)를 갖고, 도시와 같은 형상으로 형성되어 있다. 탄성체(33)는, 일단부(44)를 사이에 두고 내부측 하우징(35)에 고착되어 있다(도면 중의 고착 위치는 일례인 것으로 한다). 타단부 (45)는, 종래예의 타단부(11){도 8(b) 참조}보다 약간 작은 지름으로 형성되어 있다. 즉, 타단부(45)의 외면과 내부측 하우징(35)의 내면과의 간격이 종래예보다 넓어지도록, 타단부(45)는 형성되어 있다. 이것에 의해 빈틈(39)는, 종래예보다 적극적으로 크게 형성되어 있다. The elastic body 33 has a substantially disk-shaped end portion 44, a substantially cylindrical end portion 45, and a small diameter cutout portion 46 positioned therebetween. Formed. The elastic body 33 is fixed to the inner housing 35 with one end 44 interposed therebetween (the fixed position in the drawing is an example). The other end part 45 is formed with the diameter slightly smaller than the other end part 11 (refer FIG. 8 (b)) of a prior art example. That is, the other end part 45 is formed so that the space | interval of the outer surface of the other end part 45 and the inner surface of the inner side housing 35 may become wider than a conventional example. As a result, the gap 39 is actively formed larger than the conventional example.

빈틈(39)은, 만일 결로가 발생해도, 수분이 이 자중(自重)에 의해서 빠져 나오는 공간에, 또한, 측정관(22)을 흐르는 피측정 유체로부터 받는 부압에 의해서 빠져 나오는 공간에 형성되어 있다. 빈틈(39)은, 초음파를 송수파하는 송수파 공간 (41)에 연이어 통하도록 되어 있다. 한편, 타단부(45)의 단면(47)과 내부측 하우징 (35)의 단면(48)과의 사이에서, 본 발명에서는, 종래예와 같은 밀봉부재가 존재하지 않는 것으로 한다.The gap 39 is formed in a space where moisture escapes due to this self weight even if dew condensation occurs, and in a space that escapes due to the negative pressure received from the fluid under measurement flowing through the measurement tube 22. . The space | gap 39 is connected to the transmission wave space 41 which carries out an ultrasonic wave. On the other hand, between the end surface 47 of the other end part 45 and the end surface 48 of the inner side housing 35, in this invention, it is assumed that there exists no sealing member like a conventional example.

타단부(45)의 외면에는, 빈틈(39)의 상태를 유지하기 위해서, 복수의 볼록부 (49)가 등(等)피치로 배치 형성되어 있다. 볼록부(49)는, 본 형태에 있어서, 돌출조가 되는 형상으로 4개소 형성되어 있다(형상은 일례인 것으로 한다). 볼록부(49)는, 이 선단이 내부측 하우징(35)의 내면에 접촉하도록 형성되어 있다. 타단부(45)는, 잘록부(46)에 연속하는 부분이 테이퍼형상이 되는 형상으로 형성되어 있다. 이 테이퍼형상이 되는 부분은, 수분이 머물기 어려워지고 있다. 잘록부(46)와 내부측 하우징(35)의 내면과의 사이에는, 덤핑 작용 공간(50)이 형성되어 있다.On the outer surface of the other end part 45, in order to maintain the state of the clearance 39, the some convex part 49 is arrange | positioned by equal pitch. In this embodiment, four convex parts 49 are formed in the shape which becomes a protrusion (shape shall be an example). The convex part 49 is formed so that this tip may contact the inner surface of the inner side housing 35. The other end part 45 is formed in the shape which becomes the taper shape of the part which continues to the constriction part 46. FIG. Moisture becomes hard to stay in the part which becomes this taper shape. The dumping action space 50 is formed between the narrow part 46 and the inner surface of the inner side housing 35.

상기 초음파 송수파 소자(34)는, 원판 형상으로 소정의 압전 정수를 갖는 압전 소자(51)와, 임피던스 정합층(52)과, 도시하지 않는 리드 선을 구비하여 구성되어 있다. 초음파 송수파 소자(34)는, 종래예의 도시하지 않는 초음파 송수파 소자와 같은 것이 이용되고 있다. 초음파 송수파 소자(34)는, 임피던스 정합층(52)이 타단부(45)의 단면(47)의 중앙 위치에 노출되도록 배치되어 있다.The ultrasonic wave element 34 has a piezoelectric element 51 having a predetermined piezoelectric constant in a disc shape, an impedance matching layer 52, and a lead wire (not shown). As the ultrasonic wave element 34, one similar to the ultrasonic wave element not shown in the conventional example is used. The ultrasonic wave element 34 is disposed such that the impedance matching layer 52 is exposed at the center position of the end face 47 of the other end 45.

상기 구성 및 구조에 있어서, 압전 소자(51)가 구동 펄스의 가동으로 구동되었을 때, 탄성체(33)의 스프링력과 타단부(45)의 질량으로 이루어지는 진동계에 의해, 상기 도시하지 않는 중심축의 방향으로 압축?신장하는 압전 교번 변형을 일으켜, 임피던스 정합층(52)을 사이에 두고 초음파를 송수파하는 외부 매체와의 음향 임피던스가 정합되어, 효율적으로 초음파가 발사된다. 이와 동시에, 탄성체(33)의 타단부(45)도 진동하고, 이 진동은 중앙의 잘록부(46)에 전파한다. 이 진동은, 잘록부(46)의 단면적이 작고 내부 마찰이 큰 것과, 덤핑 작용 공간(50)에 의한 덤핑 작용을 위해 제동되어, 압전 교번 번형은 급속히 감쇠한다.In the above configuration and structure, when the piezoelectric element 51 is driven by the operation of the drive pulse, the direction of the central axis (not shown) by the vibration system composed of the spring force of the elastic body 33 and the mass of the other end 45. The piezoelectric alternating deformation causes compression and extension, and the acoustic impedance of the external medium that transmits and receives the ultrasonic waves through the impedance matching layer 52 is matched, and the ultrasonic waves are efficiently emitted. At the same time, the other end 45 of the elastic body 33 also vibrates, and this vibration propagates to the central narrowing portion 46. This vibration is braked for the small cross-sectional area of the constriction portion 46 and the large internal friction, and for the dumping action by the dumping action space 50, so that the piezoelectric alternating shape rapidly attenuates.

가령 빈틈(39)에 수분이 비집고 들어간 경우, 혹은 결로에 의해서 수분이 발생한 경우는, 빈틈(39)이 종래예보다 크고, 또한, 하우징 관통구멍(42)을 복수 갖기 때문에, 수분이 자연스럽게 빠져 나오게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 수분에 영향을 받는 일이 없는 초음파 송수파기(31)가 된다. 본 발명의 초음파 송수파기(31)는, 수분에 영향을 받는 일이 없기 때문에, 정상적인 계측을 행할 수 있다고 하는 효과를 이룬다. 이 효과에 대해서, 이하에 설명한다.For example, when moisture enters the gap 39 or water is generated by condensation, the gap 39 is larger than the conventional example, and the housing 39 has a plurality of housing through-holes 42, so that the water naturally escapes. do. Therefore, according to this invention, it becomes the ultrasonic transmitter 31 which is not influenced by moisture. Since the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention is not affected by moisture, it achieves the effect that normal measurement can be performed. This effect is demonstrated below.

도 5는 실류에서의 수분 영향을 보기 위한 수분 봉입 영향 시험 장치의 구성도, 도 6은 수분 봉입 영향 시험의 결과를 도시하는 그래프, 도 7은 초음파 송수파기의 수신파에 관한 도면이다.FIG. 5 is a configuration diagram of a moisture encapsulation effect test apparatus for viewing the moisture effect in real flow, FIG. 6 is a graph showing the results of the moisture encapsulation effect test, and FIG. 7 is a diagram of a reception wave of an ultrasonic transceiver.

도 5에 있어서, 수분 봉입 영향 시험 장치(61)는, 초음파 유량계(62)의 상류로부터 주름 상자관(63) 및 배관(64)을 통하여 15m/s의 공기를 흐르게 하는 동시에, 압송 탱크(65)를 0.1MPa로 가압하여 물을 0.7～1.0L/min 흘리고, 이것에 의해서 실류에서의 수분 영향을 보려고 한 장치 구성이 되어 있다. 인용부호 66은 용적 유량계를 나타내고 있다. 초음파 유량계(62)에는, 본 발명의 초음파 송수파기(31) 또는 종래 예의 초음파 송수파기(5,6)(도 8 참조)의, 어느 한쪽이 설치되도록 되어 있다. 수분 봉입 영향 시험 장치(61)는, 배관(64)의 하부를 물이 흐르는 듯한, 실제의 사용상황보다 훨씬 엄격한 조건에서의 시험이 되도록 구성되어 있다. 한편, 초음파 유량계(62)는, 입구지름 50mm에서 유량을 계측하도록 구성되어 있다(입구지름이나 이상의 수치는 일례인 것으로 한다).In FIG. 5, the moisture encapsulation influence test apparatus 61 flows 15 m / s of air through the corrugated box tube 63 and the piping 64 from the upstream of the ultrasonic flowmeter 62, and the pressure feed tank 65 ) Is pressurized to 0.1 MPa, and water flows 0.7-1.0 L / min, and this is the apparatus structure which tried to see the influence of the moisture in real flow. Reference numeral 66 denotes a volumetric flow meter. The ultrasonic flowmeter 62 is provided with either the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention or the ultrasonic wave receivers 5 and 6 (refer to FIG. 8) of the conventional example. The moisture encapsulation influence test apparatus 61 is configured to be a test under conditions that are much stricter than the actual use situation in which water flows down the pipe 64. On the other hand, the ultrasonic flowmeter 62 is configured to measure the flow rate at an inlet diameter of 50 mm (the inlet diameter and the above numerical values are examples).

도 6의 그래프는, 세로축에 유속(m/s), 가로축에 시간(s)을 취하여 표시한 것이고, 세로축의 유속은 12m/s보다 아래를 생략하고 있다. 그래프중의 실선은 본 발명의 초음파 송수파기(31)를 이용한 경우의 결과이며, 15m/s의 공기를 흐르게 한 상태에 있어서 화살표 P1의 포인트로 수분을 1.0L/min 봉입하고, 화살표 P2의 포인트로 수분 봉입을 멈추고 있다. 그래프로부터, 본 발명의 초음파 송수파기(31)를 이용한 경우에서는, 수분의 영향을 받지 않은 것을 알 수 있다. 즉, 정상적인 계측을 행할 수 있다.In the graph of FIG. 6, the flow velocity (m / s) is plotted on the vertical axis and the time s is plotted on the horizontal axis, and the flow velocity on the vertical axis is omitted below 12 m / s. The solid line in the graph is the result of using the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention. In the state of flowing 15 m / s of air, 1.0 L / min of water was sealed at the point of the arrow P1, and the point of the arrow P2 was used. Moisture is stopped. From the graph, it can be seen that when the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention is used, it is not affected by moisture. That is, normal measurement can be performed.

이에 대해서, 그래프중의 파선은 종래예의 초음파 송수파기(5,6)를 이용한 경우의 결과이며, 15m/s의 공기를 흐르게 한 상태에 있어서 화살표 P3의 포인트로 수분을 1.0L/min 봉입하면, 이후 곧바로 유속이 0m/s까지 단번에 강하해 계측 불능이 되어 버리는 것을 알 수 있다. 한편, 수분 봉입을 멈추어 보았지만 복귀하는 일은 없었다.On the other hand, the broken line in the graph is a result of using the ultrasonic wave receivers 5 and 6 of the conventional example, and when 1.0 L / min is filled with moisture at the point of the arrow P3 in the state where air of 15 m / s is flown, It turns out that flow velocity drops immediately to 0m / s at once, and it becomes impossible to measure. On the other hand, although the water sealing was stopped, it did not return.

도 7에 있어서, 수분이 포함되지 않는 상태에서의 정상적인 수신파는 도 7(a)에 도시하는 지구의 파형이다. 한편, 수분을 봉입한 상태에 있어서, 본 발명의 초음파 송수파기(31)를 이용한 경우에서는, 수신파는 도 7(b)에 도시하는 바와 같은 파형이 된다. 그런데, 수분을 봉입한 상태에 있어서, 종래예의 초음파 송수파기 (5,6)를 이용한 경우에서는, 수신파가 도 7(c)에 도시하는 바와 같은 파형이 되어 버린다. 따라서, 도 6의 그래프와 같은 결과가 나와 버리는 것은 당연하다고 할 수 있다.In FIG. 7, the normal reception wave in the state which does not contain moisture is a waveform of the earth shown to FIG. 7 (a). On the other hand, in the state where moisture is enclosed, when the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention is used, the received wave becomes a waveform as shown in Fig. 7B. By the way, in the state where moisture is enclosed, when the ultrasonic wave receivers 5 and 6 of the conventional example are used, the received wave becomes a waveform as shown in Fig. 7C. Therefore, it can be said that the result as shown in the graph of FIG.

이상, 도 1 내지 도 7을 참조하면서 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 의하면, 수분에 영향을 받는 일이 없는 초음파 송수파기(31)를 제공할 수 있다고 하는 효과를 이룬다. 또한, 본 발명의 초음파 송수파기(31)는 정상적인 계측을 행할 수 있다고 하는 효과를 이룬다.As described above with reference to FIGS. 1 to 7, the present invention achieves the effect of providing an ultrasonic wave receiver 31 which is not influenced by moisture. In addition, the ultrasonic wave receiver 31 of the present invention achieves the effect that normal measurement can be performed.

본 발명은 본 발명의 주지를 바꾸지 않는 범위에서 여러 가지 변경 실시 가능한 것은 물론이다.It goes without saying that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

Claims

An elastic body having a cylindrical or disk-shaped end portion, a cylindrical other end portion, and a small diameter constriction portion positioned therebetween, an ultrasonic wave element embedded in the elastic body, and the elastic body having the one end portion therebetween. An ultrasonic transceiver having a cylindrical inner housing to be fixed,
The inner housing and the elastic body have a dumping action space between the inner surface of the inner housing and the narrowing portion, and have an air gap between the inner surface of the inner housing and the other end. To
A plurality of convex portions are provided on the outer surface of the other end portion, and the diameter of the other end portion is adjusted to form the gap, and further, the gap is connected so that the gap between the water wave space and the gap in the measurement pipe for transmitting the ultrasonic wave is connected. The inner side housing and the said elastic body are arrange | positioned, and the said inner side housing is provided with the plurality of housing through-holes which penetrate the said inner side housing, The ultrasonic wave transceiver characterized by the above-mentioned.

The ultrasonic water wave receiver according to claim 1, wherein the positions at which the housing through-holes are formed are set at four positions having the same pitch in the circumferential direction of the inner housing.

The ultrasonic water wave receiver according to claim 1 or 2, wherein the application is gas measurement.