JP6674252B2 - クランプオン形超音波流量計 - Google Patents

Description

本発明は、配管外部にクランプ方式で取り付け、配管内部を移動する流体の流量を測定するクランプオン形超音波流量計に関する。

クランプオン形超音波流量計は、配管の外周面の一部に装着し、その配管の内部を移動する流体の流量を、配管の外側から測定する流量計である。クランプオン形超音波流量計は、主に、伝搬時間差式とドップラー式に分類できる。伝搬時間差式は、超音波を、配管の内部を移動する流体を斜めに横切るような経路で往復させて、超音波が往路と復路のそれぞれを伝搬するのに要する時間の差から、流体の流量を測定する方法である。一方、ドップラー式は、流体中に含まれる浮遊粒子や気泡が、流体と同じ速度で移動すると仮定して、浮遊粒子などの移動速度から流体の流量を測定する方法である。浮遊粒子などの移動速度は、流体中に超音波を送信して、浮遊粒子などに反射された超音波の周波数がドップラー効果により変化することから、超音波の周波数を検出することにより測定する。

そこで、クランプオン形超音波流量計を配管に取り付ける構造としては、特許文献１に示すものが知られている。この取付構造は、配管の外周面に取付台をベルトで固定し、その取付台に検出器を装着するように構成されている。配管の外周面と接地する取付台の底面は、配管の外周面と同一曲率に成形されているため、取付台を配管に固定したとき位置ずれが発生しにくくなるので、検出精度に優れるといった効果が期待できる。

特開昭６１−６１４２２号公報

しかしながら、上記従来のクランプオン形超音波流量計では、外周面の曲率が異なる配管に対して、検出器を取り付けるための取付台を安定して固定することができない問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みて創成されたものであり、配管への取り付けに際し、配管の形状に依存しない汎用性の高いクランプオン形超音波流量計を提供することを目的とする。

配管の外周面に、取付台を介して超音波送受信器を取り付けるように構成したクランプオン形超音波流量計において、超音波送受信器は側面にマグネットを備えるとともに、取付台はこのマグネットと係合可能な切り欠き部を有し、取付台の底面は、長手方向に沿って窪んだ形状を成し、かつ長手方向に延びる外縁だけが配管の外周面に接触するように構成したクランプオン形超音波流量計による。

本発明のクランプオン形超音波流量計によれば、超音波送受信器を取り付けるための取付台の底面は、長手方向に沿って窪んだ形状を成し、かつ長手方向に延びる外縁だけが配管の外周面に接触するように構成されているので、配管の外周面が如何なる曲率であっても安定して超音波送受信器を取り付けられるため、流量の検出精度が高く、かつ汎用性に優れたクランプオン形超音波流量計を提供することができる。

本発明であるクランプオン形超音波流量計の構成を示す斜視図である。 本発明であるクランプオン形超音波流量計の構成を示す正面図である。 本発明であるクランプオン形超音波流量計の構成を示す平面図である。 本発明であるクランプオン形超音波流量計の構成を示す左側面図である。 配管内における超音波の伝搬経路を説明する図である。

以下、本発明のクランプオン形超音波流量計の実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示す本発明のクランプオン形超音波流量計１は、超音波送受信器１０，２０と、取付台３０とから構成される。

前記超音波送受信器１０，２０は、金属製の取付台３０を介して配管１００に取り付けられる。取付台３０は、図２および図３に示すように、ベルト４０を巻き付けることにより配管１００に固定されており、配管１００の外周面に接地される底面３１と超音波送受信器１０，２０をガイドする側面３２とを備えている。取付台３０の底面３１は、図４に示すように、縦断面視において、逆Ｖ字形を成しており、換言すれば、長手方向に沿って窪んだ形状を成し、かつ長手方向に延びる外縁３１ａ，３１ｂだけが配管１００の外周面に接地するように成形されている。また、取付台３０の側面３２には、切り欠き部３２ａが形成されており、一方、超音波送受信器１０，２０の側面にはマグネット１１，２１が設けてあり、超音波送受信器１０，２０を取付台３０の上方から挿入すると、マグネット１１，２１と切り欠き部３２ａが係合するとともに、この状態でベルト５０，６０を巻き付けることにより取付台３０には超音波送受信器１０，２０が装着される。

超音送受信器１０，２０を形成する材料としては、配管１００を形成する材料の音波伝搬速度を考慮して、適切な音波伝搬速度を示す材料が選定される。さらに、超音波送受信器１０，２０には、内蔵された超音波振動子１０ａ，２０ａに電圧を印加するために電極（図示せず）とリード線（図示せず）が備えられている。

前記取付台３０の底面３１には、超音波送受信器１０，２０の底面と対向する範囲がくり抜かれて開口部３３，３４が形成されている。また、超音波送受信器１０，２０の底面と配管１００の外周面との間に空気（隙間）が存在すると、空気の音響インピーダンスが小さいために、超音波が配管１００の外周面と空気の界面で反射してしまうため、超音波送受信器１０，２０と配管１００との隙間には、接触媒質１１０を充填することが好ましい。配管１００の外周面上に接触媒質１１０を塗布してから超音波送受信器１０，２０を配管１００に押し付けることで、前記の隙間に接触媒質１１０を充填することができる。このような、超音波の伝搬経路から空気を排除するために用いる接触媒質１１０としては、公知の材料を用いることができる。接触媒質１１０としては、気泡が残りにくい液体またはペースト状の材料が用いられ、一般には、水、油、水ガラス、グリース、ワセリンなどが用いられる。

超音波送受信器１０，２０の超音波振動子１０ａ，２０ａのそれぞれは、電極に電圧が印加されると超音波を超音波受信器の内部に付与（送信）し、逆に超音波が付与（受信）されると電極に電圧を生じる。従って、超音波振動子１０ａ，２０ａが備えられた超音波送受信器１０，２０のそれぞれは、超音波の送信器１０でもあり、受信器２０でもある。そして、超音波送受信器１０，２０は、配管１００の内部を移動する流体の移動方向に対して斜めに超音波を送受信するように、配管１００の外周面上に配置される。図５に記入した一点鎖線は、超音波の伝搬経路の例を意味する。

配管１００の内部を移動する流体１２０の流量は、次のようにして測定される。まず、超音波送受信器１０の超音波振動子１０ａに電圧パルスを印加して、超音波を送信する。超音波は、図５に示す一点鎖線の方向に沿って、超音波送受信器１０の内部、配管１００、流体１２０、配管１００、そして超音波送受信器２０の順に伝搬して、超音波送受信器２０の超音波振動子２０ａにより受信されて電圧信号が出力される。超音波送受信器１０が超音波の送信を開始してから、超音波送受信器２０が超音波を受信するまでの時間（Ｔ１ ）を検出する。次に、超音波送受信器２０の超音波振動子２０ａに電圧パルスを印加して、前記とは逆の伝搬経路で超音波を伝搬させ、超音波送受信器１０の超音波振動子１０ａにより超音波を受信する。超音波送受信器２０が超音波の送信を開始してから、超音波送受信器１０が超音波を受信するまでの時間（Ｔ２ ）を検出する。

超音波が、超音波送受信器１０，２０の間を伝搬するのに要する時間（Ｔ１及びＴ２ ）は、超音波の伝搬する方向（図５に示す矢印Ａ及びＢの示す方向）により異なる値となる。超音波送受信器１０から超音波送受信器２０に（矢印Ａが示す方向に）向かう超音波は、いわば流体１２０の流れに乗って流体中を伝搬するので、伝搬時間（Ｔ１）は、流体１２０が静止している場合と比べると短い値となる。一方、超音波送受信器２０から超音波送受信器１０に（矢印Ｂが示す方向に）向かう超音波は、流体１２０の流れに逆らって流体中を伝搬するので、伝搬時間（Ｔ２ ）は、流体１２０が静止している場合と比べると長い値となる。これらの伝搬時間の差（Ｔ２ −Ｔ１ ）は、流体１２０の移動速度と相関があり、この伝搬時間の差から流体１２０の移動速度が算出される。そして、得られた流体１２０の移動速度、配管１００の流水断面積などから流体１２０の流量を算出することができる。

上記クランプオン形超音波流量計１によれば、取付台３０の底面３１は、逆Ｖ字形に窪んだ形状をしているので、配管１１０の外周面に装着する際に、長手方向に延びる外縁３１ａ，３１ｂだけが接地する。このため、取付台３０は、如何なる曲率の配管１００に対してもがたつきが生じることなく安定して装着されるので、超音波送受信器１０，２０による流量の検出精度が高められる。

なお、本発明は以上に説明した実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１ クランプオン形超音波流量計
１０，２０ 超音波送受信器
３０ 取付台
１００ 配管
１１０ 接触媒質

Claims (1)

1. 配管の外周面に、取付台を介して超音波送受信器を取り付けるように構成したクランプオン形超音波流量計において、
   超音波送受信器は側面にマグネットを備えるとともに、取付台はこのマグネットと係合可能な切り欠き部を有し、
   取付台の底面は、長手方向に沿って窪んだ形状を成し、かつ長手方向に延びる外縁だけが配管の外周面に接触するように構成したことを特徴とするクランプオン形超音波流量計。

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