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JP7762014B2 - ultrasonic flow meter - Google Patents
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JP7762014B2 - ultrasonic flow meter - Google Patents

ultrasonic flow meter

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JP7762014B2 JP2021141875A JP2021141875A JP7762014B2 JP 7762014 B2 JP7762014 B2 JP 7762014B2 JP 2021141875 A JP2021141875 A JP 2021141875A JP 2021141875 A JP2021141875 A JP 2021141875A JP 7762014 B2 JP7762014 B2 JP 7762014B2
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Description

本発明は、配管の中を流れる流体、特に液体の流量に基づいて動作する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter that operates based on the flow rate of a fluid, particularly a liquid, flowing through a pipe.

配管内を流れる流体の正確な流量の値が必要でなく、配管内を一定値以上の流量で流体が流れているか否かを検出すれば足りる現場、換言すれば、配管内を流れる流体の正確な流量の値が必要でない現場では、ON/OFF信号を出力する超音波流量スイッチが用いられている(特許文献1)。特許文献1は、また、クランプオン超音波流量計を開示している。クランプオン超音波流量計は、これに含まれる要素を組み込んだユニットを配管の外周面の適宜の箇所に後付けで設置される。 In situations where the exact flow rate of the fluid flowing through the pipe is not required, and it is sufficient to detect whether the fluid is flowing through the pipe at a flow rate above a certain value, in other words, in situations where the exact flow rate of the fluid flowing through the pipe is not required, ultrasonic flow switches that output an ON/OFF signal are used (Patent Document 1). Patent Document 1 also discloses a clamp-on ultrasonic flowmeter. A clamp-on ultrasonic flowmeter is a unit that incorporates the elements included in the clamp-on ultrasonic flowmeter and is installed at an appropriate location on the outer surface of the pipe as a retrofit.

特許文献1に開示のクランプオン超音波流量スイッチ又は流量計の典型例は、第1、第2の一組の超音波素子を一つの素子保持部で保持する構成を備えている。この構成の流量計を「一体型クランプオン超音波流量計」と呼ぶと、特許文献1に開示の一体型クランプオン超音波流量計は、一つの素子保持部によって第1、第2の超音波素子が相対的に位置決めされた状態で、一つの素子保持部の中に防水可能に且つ一体的に保持される。一体型クランプオン超音波流量計によれば、第1、第2の超音波素子を相対的に位置決めしながら配管上に設置するユーザの厄介な作業が不要となり、ユーザにとって超音波流量計の設置作業が容易である。なお、特許文献2は、クランプオン超音波流量計に含まれる機能回路ブロックを詳しく開示している。 A typical example of the clamp-on ultrasonic flow switch or flow meter disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which a set of first and second ultrasonic elements are held by a single element holder. A flow meter with this configuration is called an "integrated clamp-on ultrasonic flow meter." The integrated clamp-on ultrasonic flow meter disclosed in Patent Document 1 has the first and second ultrasonic elements waterproofly and integrally held within a single element holder, with the elements positioned relative to one another by the single element holder. The integrated clamp-on ultrasonic flow meter eliminates the need for the user to perform the tedious task of positioning the first and second ultrasonic elements relative to one another while installing the flow meter on a pipe, making installation of the ultrasonic flow meter easy for the user. Patent Document 2 also discloses in detail the functional circuit blocks included in the clamp-on ultrasonic flow meter.

特許文献3は、2つの方式の超音波流量計を開示している。一つは、パルスドップラー法を用いた流量測定技術の「パルスドップラー」方式である。他の一つは、伝播時間差法を用いた流量測定技術の「伝播時間差」方式である。 Patent Document 3 discloses two types of ultrasonic flowmeters. One is a "pulse Doppler" type, which uses a pulse Doppler method to measure flow rate. The other is a "flight time difference" type, which uses a transit time difference method to measure flow rate.

特開2016-217734号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-217734 特開2019-15549号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-15549 WO2006/080182 A1WO2006/080182 A1

クランプオン超音波流量計において、第1の超音波素子、第2の超音波素子は、これら第1、第2の超音波素子を設置する素子保持部の第1、第2の素子結合面と夫々音響的に結合される。素子保持部は、一般的にクサビ材を含み、また、取付具により配管の外面に取り付けられる。これにより、素子保持部の配管結合面は配管と音響的に結合される。 In a clamp-on ultrasonic flowmeter, the first ultrasonic element and the second ultrasonic element are acoustically coupled to the first and second element coupling surfaces, respectively, of the element holder on which the first and second ultrasonic elements are installed. The element holder generally includes a wedge material and is attached to the outer surface of the piping using a mounting fixture. This allows the pipe coupling surface of the element holder to be acoustically coupled to the piping.

第1の超音波素子により送信された超音波は、第1の素子結合面、配管結合面を通って配管内の流体中に導かれる。そして、配管内の流体中を伝播した超音波は、配管結合面、第2の素子結合面を通って第2の超音波素子により受信される。第1、第2の超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号に基づいて配管内の流体の流量が算出される。算出した流量と予め定められたしきい値とに基づいてオン/オフ信号が生成され、そして出力される。 The ultrasonic waves transmitted by the first ultrasonic element are guided into the fluid in the pipe through the first element coupling surface and the pipe coupling surface. The ultrasonic waves propagating through the fluid in the pipe are received by the second ultrasonic element through the pipe coupling surface and the second element coupling surface. The flow rate of the fluid in the pipe is calculated based on the output signal of at least one of the first and second ultrasonic elements. An on/off signal is generated and output based on the calculated flow rate and a predetermined threshold value.

クランプオン超音波流量計は、第1の超音波素子と第2の超音波素子との間に配置された中間超音波遮蔽部材を含んでいる。中間超音波遮蔽部材を存在させることで、第1または第2の超音波素子が発した超音波が配管内の流体に伝播されずに、第1の超音波素子から第2の超音波素子に向かうのを、又は、第2の超音波素子から第1の超音波素子に向かうのを中間超音波遮蔽部材によって遮断することができる。これにより、配管内の流体の流量を一層正確に求めることができる。この利点は、「伝播時間差」方式で流量測定しているときに云えることであるが、「パルスドップラー」方式で流量を算出する場合には、デメリットになる可能性を含んでいる。 The clamp-on ultrasonic flowmeter includes an intermediate ultrasonic shielding member positioned between the first ultrasonic element and the second ultrasonic element. The presence of the intermediate ultrasonic shielding member prevents ultrasonic waves emitted by the first or second ultrasonic element from propagating to the fluid in the pipe, and prevents them from traveling from the first ultrasonic element to the second ultrasonic element, or from traveling from the second ultrasonic element to the first ultrasonic element. This allows for more accurate determination of the flow rate of the fluid in the pipe. This advantage applies when measuring flow rate using the "transit time difference" method, but it may be a disadvantage when calculating flow rate using the "pulse Doppler" method.

「パルスドップラー」方式で流量測定するとき、流体内粒子で反射された超音波と、内部構成要素である例えば上記中間超音波遮蔽部材の境界で反射された超音波とが混在するため、検出精度が低下する虞がある。具体的に説明すると、第1の超音波素子が発した超音波の一部が被測定液体中の気泡によって反射される。第1の超音波素子が発した他の一部の超音波が中間超音波遮蔽部材によって反射されるが、この反射した超音波は外乱要素となり、この外乱要素の超音波が第1の超音波素子に受け入れられると、これが検出精度を低下させる原因となってしまう。このことは、クサビ材についても同様である。 When measuring flow rate using the "pulse Doppler" method, ultrasonic waves reflected by particles in the fluid are mixed with ultrasonic waves reflected by the boundary of internal components, such as the intermediate ultrasonic shielding member, which can reduce detection accuracy. Specifically, some of the ultrasonic waves emitted by the first ultrasonic element are reflected by bubbles in the liquid being measured. Another portion of the ultrasonic waves emitted by the first ultrasonic element are reflected by the intermediate ultrasonic shielding member, and these reflected ultrasonic waves become disturbance elements. If the ultrasonic waves of these disturbance elements are received by the first ultrasonic element, this can cause a reduction in detection accuracy. The same is true for wedge materials.

本発明の目的は、ドップラー方式で流量測定しているときに、内部構成要素によって反射した超音波が外乱要素となって検出精度が低下するのを防止できる超音波流量計を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter that can prevent ultrasonic waves reflected by internal components from becoming a disturbance and reducing detection accuracy when measuring flow using the Doppler method.

本発明の更なる目的は、素子保持部を備え、第1、第2の超音波素子を防水可能に且つ一体的又は個別的に素子保持部に保持されて、配管に後付けされるクランプオン超音波流量計、典型的には第1、第2の超音波素子が相対的に位置決めされた状態で一つの素子保持部の中に一体的に保持された超音波流量計において、配管中を流れる液体が典型的には高温である条件下において「パルスドップラー」方式の計測モードでの検出精度を向上できる超音波流量計を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter that can improve detection accuracy in the "pulse Doppler" measurement mode under conditions where the liquid flowing through the pipe is typically at a high temperature, in a clamp-on ultrasonic flowmeter that has an element holder and first and second ultrasonic elements that are waterproofly held in the element holder either together or individually and that can be retrofitted to a pipe, typically an ultrasonic flowmeter in which the first and second ultrasonic elements are held together in a single element holder while being positioned relative to one another.

上記の技術的課題は、本発明によれば、
配管を流れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、
超音波の送信および受信を行う第1の超音波素子と、
超音波の送信および受信を行う第2の超音波素子と、
前記第1の超音波素子の出力信号に基づいて前記配管内の流体の流量を算出する第1方式と、
前記第1および第2の超音波素子の出力信号に基づいて前記流量を算出する第2方式と、の少なくともいずれか一方で前記流量を算出可能な算出部と、
前記第1および第2の超音波素子を保持する素子保持部と、
前記素子保持部を保持するとともに前記配管の外面に着脱可能に取り付けられる取り付け具とを備え、
前記素子保持部は、
前記第1の超音波素子と音響的に結合するように前記第1の超音波素子を支持する第1の素子保持部と、
前記第2の超音波素子と音響的に結合するように前記第2の超音波素子を支持する第2の素子保持部と、
を含み、
前記第1の素子保持部は、前記第1の超音波素子により送信された超音波が前記第1の素子保持部を通って前記配管内の流体中に導く第1導波路を形成し、
前記第2の素子保持部は、前記配管内の流体中を伝播した超音波が前記第2の素子保持部を通って前記第2の超音波素子により受信される第2導波路を形成し、
前記第1の素子保持部は、前記第1の超音波素子から送信された超音波が前記第1の素子保持部のうち前記第2の素子保持部に対向する面で反射して、当該反射波が前記第1の超音波素子に入力されないように配置される、超音波流量計を提供することにより達成される。
According to the present invention, the above technical problem is solved as follows:
An ultrasonic flow meter for measuring the flow rate of a fluid flowing through a pipe,
a first ultrasonic element that transmits and receives ultrasonic waves;
a second ultrasonic element that transmits and receives ultrasonic waves;
a first method for calculating a flow rate of the fluid in the pipe based on an output signal of the first ultrasonic element;
a second method for calculating the flow rate based on output signals of the first and second ultrasonic elements; and
an element holding portion that holds the first and second ultrasonic elements;
a mounting fixture that holds the element holding part and is detachably attached to the outer surface of the pipe,
The element holding unit is
a first element holding portion that supports the first ultrasonic element so as to be acoustically coupled to the first ultrasonic element;
a second element holding portion that supports the second ultrasonic element so as to be acoustically coupled to the second ultrasonic element;
Including,
the first element holding portion forms a first waveguide through which ultrasonic waves transmitted by the first ultrasonic element are guided into the fluid in the piping through the first element holding portion;
the second element holding portion forms a second waveguide through which ultrasonic waves propagated through the fluid in the piping pass through the second element holding portion and are received by the second ultrasonic element;
This is achieved by providing an ultrasonic flowmeter in which the first element holding portion is positioned so that ultrasonic waves transmitted from the first ultrasonic element are reflected by a surface of the first element holding portion facing the second element holding portion, and the reflected waves are not input to the first ultrasonic element.

本発明の好ましい実施例では、第1、第2の素子保持部の間に中間超音波遮蔽部材が設けられて、第1の超音波素子が発した超音波が中間超音波遮蔽部材によって反射され、この反射した超音波が第1の超音波素子に戻るのを防止するように構成される。本発明の作用効果、本発明の他の目的は、以下の実施例の詳細な説明から明らかになろう。 In a preferred embodiment of the present invention, an intermediate ultrasonic shielding member is provided between the first and second element holding portions, and the ultrasonic waves emitted by the first ultrasonic element are reflected by the intermediate ultrasonic shielding member, and the reflected ultrasonic waves are prevented from returning to the first ultrasonic element. The effects and other objects of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments below.

クーラント管理に適用した実施例の超音波流量検出装置の全体構成図である。1 is a diagram illustrating the overall configuration of an ultrasonic flow rate detection device according to an embodiment applied to coolant management; 図1に図示の実施例の超音波流量検出装置は、取付ベース部材、測定ヘッド部材、流量計表示器を含んで構成され、流量計表示器に温度センサ、濃度センサが接続されることを説明するための図である。The ultrasonic flow rate detection device of the embodiment shown in Figure 1 is configured to include a mounting base member, a measurement head member, and a flow meter display, and is a diagram for explaining that a temperature sensor and a concentration sensor are connected to the flow meter display. 図2に関連した図であり、取付ベース部材を介して金属配管に対して押圧した状態で測定ヘッド部材を設置し、この測定ヘッド部材に対して流量計表示器が脱着可能に設置されることを説明するための図である。This is a diagram related to Figure 2 and is used to explain that the measurement head member is installed in a state where it is pressed against the metal pipe via the mounting base member, and the flow meter display is installed detachably to this measurement head member. 図2、図3に関連した図であり、流量計表示器を含む超音波流量計の斜視図である。2 and 3, is a perspective view of an ultrasonic flow meter including a flow meter indicator. 配管に設置した流量計表示器を金属製カバー部材で包囲した状態を斜め下方から見た斜視図である。1 is a perspective view of a flow meter indicator installed on a pipe and surrounded by a metal cover member, viewed obliquely from below. FIG. 図5に関連した図であり、配管に設置した流量計表示器を金属製カバー部材で包囲した状態を斜め上方から見た斜視図である。FIG. 6 is a diagram related to FIG. 5 and is a perspective view of a flowmeter indicator installed on a pipe and surrounded by a metal cover member, as viewed obliquely from above. 図2に図示のクランプオン超音波流量計において切り替え可能なドップラー測定運用モード、時間差測定運用モードに適用される第1、第2超音波素子の機能を説明するための図である。3 is a diagram for explaining the functions of the first and second ultrasonic elements applied to a switchable Doppler measurement operation mode and a switchable time difference measurement operation mode in the clamp-on ultrasonic flowmeter shown in FIG. 2. FIG. 「パルスドップラー」方式での流量測定の原理において、深さを区分して、各深さの流速を求めることを説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of flow rate measurement using the "pulse Doppler" method, in which depths are divided and the flow velocity at each depth is determined. 実施例のクランプオン超音波流量計の一つの種類である標準タイプの超音波流量計の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a standard type ultrasonic flowmeter, which is one type of clamp-on ultrasonic flowmeter according to an embodiment. (I)は図9に図示の標準タイプの超音波流量計を示し、(II)は、標準タイプから抽出した第1、第2のクサビ材の側面図であり、(III)は、第1、第2のクサビ材の平面図である。(I) shows the standard type ultrasonic flowmeter shown in Figure 9, (II) is a side view of the first and second wedge members extracted from the standard type, and (III) is a plan view of the first and second wedge members. 実施例のクランプオン超音波流量計の他の種類である高温タイプの超音波流量計の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a high-temperature type ultrasonic flowmeter, which is another type of clamp-on ultrasonic flowmeter according to an embodiment of the present invention. (I)は図11に図示の高温タイプの超音波流量計を示し、(II)は、高温タイプから抽出した第1、第2のクサビ材の側面図であり、(III)は、第1、第2のクサビ材の平面図である。(I) shows the high-temperature type ultrasonic flowmeter shown in Figure 11, (II) is a side view of the first and second wedge members extracted from the high-temperature type, and (III) is a plan view of the first and second wedge members. 図11を配管を横断する方向に沿って切断した断面図であり、測定ヘッドを取付ベース部材によって圧接させている状態を説明するための断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of FIG. 11 taken along a direction crossing the pipe, illustrating a state in which the measuring head is pressed against the mounting base member. 実施例の超音波流量検出装置において、クランプオン超音波流量計の一部を構成する表示器の一つの表示例であり、超音波流量検出装置を構成する流量センサ、温度センサ、濃度センサが接続されていることを示す。This is an example of one display of the display that constitutes part of the clamp-on ultrasonic flow meter in the ultrasonic flow detection device of the embodiment, and shows that the flow sensor, temperature sensor, and concentration sensor that constitute the ultrasonic flow detection device are connected. 実施例の超音波流量検出装置において、クランプオン超音波流量計の一部を構成する表示器の第2の表示例であり、配管の流れ方向などを設定するのに用いることができる表示例である。10 is a second display example of a display that constitutes part of a clamp-on ultrasonic flowmeter in the ultrasonic flow detection device of the embodiment, and is a display example that can be used to set the flow direction of a pipe, etc. 実施例の超音波流量検出装置は、検出した温度、流量のデータと使って熱量計算する機能を有し、この機能を有効にするか無効にするかを選択するために、表示器に表示可能な表示例である。The ultrasonic flow rate detection device of the embodiment has a function to calculate heat quantity using detected temperature and flow rate data, and this is an example of a display that can be displayed on the display to select whether to enable or disable this function. 実施例の超音波流量検出装置において、流量、濃度を表示する単位を選択するための表示器に表示可能な表示例である。10 is a diagram showing an example of a display that can be displayed on a display for selecting a unit for displaying flow rate and concentration in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment. 実施例の超音波流量検出装置において、流量計表示器の複数のチャンネルを何にするかを設定するために表示器に表示可能な表示例である。10 is a diagram showing an example of a display that can be displayed on a display to set what to assign to a plurality of channels of a flowmeter display in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment. 実施例の超音波流量検出装置において、流量計表示器に表示可能なメニュー表示画面である。10 is a menu display screen that can be displayed on the flowmeter display in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment. 図19のメニュー表示画面で、現在値(流量)を選択したときの表示例を示す。An example of the display when the current value (flow rate) is selected on the menu display screen of FIG. 19 is shown. 図19のメニュー表示画面で、現在値(温度)を選択したときの表示例を示す。An example of a display when the current value (temperature) is selected on the menu display screen of FIG. 19 is shown. 図19のメニュー表示画面で、現在値(濃度)を選択したときの表示例を示す。An example of the display when the current value (density) is selected on the menu display screen of FIG. 19 is shown. 図19のメニュー表示画面で、現在値(一覧)を選択したときの表示例を示す。An example of the display when current values (list) is selected on the menu display screen of FIG. 19 is shown. 「設定」「履歴」などのメニュー項目を含む表示器のメニュー表示画面である。This is a menu display screen of a display device that includes menu items such as "Settings" and "History." 図24に図示のメニュー項目「履歴」を選択したときに表示可能な時系列の「曲線グラフ表示」の表示例を示す。FIG. 24 shows an example of a time series "curve graph display" that can be displayed when the menu item "history" is selected. 図24に図示のメニュー項目「履歴」を選択したときに表示可能な時系列の「棒グラフ表示」の表示例を示す。FIG. 24 shows an example of a time-series "bar graph display" that can be displayed when the menu item "history" is selected. 実施例の超音波流量検出装置において、表示器に表示可能な設定に関する画面を示す。10 shows a screen relating to settings that can be displayed on the display in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment. 実施例の超音波流量検出装置において、表示器の表示画面を使って濃度センサに関する設定を行うことができる画面を示す。10 shows a screen on which the settings relating to the concentration sensor can be made using the display screen of the display device in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment. 実施例の超音波流量検出装置において、表示器の表示画面を使って流量に関する設定を行うことができる画面を示す。10 shows a screen on which settings relating to flow rate can be made using the display screen of the display device in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment. 実施例の超音波流量検出装置において、表示器の表示画面を使って流量に関する設定を行うことができる画面を示す。10 shows a screen on which settings relating to flow rate can be made using the display screen of the display device in the ultrasonic flow rate detection device of the embodiment.

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。 A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

実施例の超音波流量計は、これに濃度センサ、温度センサを組み込んで運用される。超音波流量計は、表示機能を備えた一体型クランプオン超音波流量計が採用されている。一体型クランプオン超音波流量計と、濃度センサ、温度センサとを含む実施例の超音波流量検出装置は工作機械のクーラントの管理に向けて最適化されている。 The ultrasonic flowmeter of the embodiment is operated by incorporating a concentration sensor and a temperature sensor. The ultrasonic flowmeter is an integrated clamp-on ultrasonic flowmeter with a display function. The ultrasonic flow detection device of the embodiment, which includes the integrated clamp-on ultrasonic flowmeter, concentration sensor, and temperature sensor, is optimized for managing coolant in machine tools.

工作機械は、水で希釈した水溶性切削油剤が用いられる。水溶性切削油剤の希釈液は「クーラント」と呼ばれている。クーラントの有効成分の量は僅かであり、この微量成分で潤滑作用を発揮させ、クーラントの腐敗を抑制し、錆の発生を抑制し、切削性能の低下を抑えるのに、クーラントの濃度を適正値に維持することが肝要である。濃度が推奨値よりも低いと工作機械の加工性能が低下する。工作機械のオペレータは、生産品質の向上、ランニングコストの低減、作業効率の向上のためのスキルとして、クーラントの適正な管理を学習している。オペレータにとって、クーラントの適正な管理、特に濃度管理は、工作機械の生産品質の向上、ランニングコストの低減、作業効率の向上などのために重要である。 Machine tools use water-soluble cutting fluids diluted with water. The diluted solution is called "coolant." Coolant contains only a small amount of active ingredients, and maintaining the coolant concentration at the appropriate level is essential to ensure that these trace ingredients exert their lubricating effect, prevent coolant decay, prevent rust, and prevent a decline in cutting performance. If the concentration is lower than the recommended value, the machining performance of machine tools will decline. Machine tool operators learn proper coolant management as a skill for improving production quality, reducing running costs, and improving work efficiency. For operators, proper coolant management, especially concentration management, is important for improving machine tool production quality, reducing running costs, and improving work efficiency.

図1を参照して、参照符号2はクーラント収容タンクを示す。クーラント収容タンク2には、水で希釈した水溶性切削油剤つまりクーラントが収容されている。クーラント収容タンク2のクーラントは金属配管4を通じて図外の工作機械に供給される。 Referring to Figure 1, reference numeral 2 denotes a coolant storage tank. Coolant storage tank 2 contains a water-soluble cutting fluid diluted with water, i.e., coolant. The coolant in coolant storage tank 2 is supplied to a machine tool (not shown) through metal piping 4.

金属配管4には、後付けでクランプオン超音波流量計6が脱着可能に固定される。そして、クランプオン超音波流量計6には、クーラント収容タンク2の中に検出部を挿入した濃度センサ8が接続され、また、配管4の例えば連結部に設置された温度センサ10が接続される。クランプオン超音波流量計6は後に説明する流量計表示器64を有し、これらの要素によって超音波流量検出装置12が構成されている。 A clamp-on ultrasonic flowmeter 6 is removably attached to the metal pipe 4 as a retrofit. A concentration sensor 8 with a detection section inserted into the coolant storage tank 2 is connected to the clamp-on ultrasonic flowmeter 6, as well as a temperature sensor 10 installed, for example, at a connecting portion of the pipe 4. The clamp-on ultrasonic flowmeter 6 also has a flowmeter display 64, which will be described later, and these elements together make up the ultrasonic flow detection device 12.

図2は、クランプオン超音波流量計6の具体例を説明するための図である。クランプオン超音波流量計6は、取付ベース部材60、測定ヘッド部材62、流量計表示器64の3つの部材で構成されている。取付ベース部材60は、配管4の適宜の箇所に後付けで且つ脱着可能に設置可能である。測定ヘッド部材62は流量検出部を構成する第1、第2の超音波素子66、68(図7)を備えており、この測定ヘッド部材62は、上記の取付ベース部材60に脱着可能に組み付けられ、そして、取付ベース部材60によって測定ヘッド部材62は配管4に圧接した状態が維持される。 Figure 2 is a diagram illustrating a specific example of a clamp-on ultrasonic flowmeter 6. The clamp-on ultrasonic flowmeter 6 is composed of three components: a mounting base member 60, a measuring head member 62, and a flowmeter display 64. The mounting base member 60 can be removably installed at an appropriate location on the piping 4. The measuring head member 62 is equipped with first and second ultrasonic elements 66, 68 (Figure 7) that constitute the flow detection unit. This measuring head member 62 is removably assembled to the mounting base member 60, and the mounting base member 60 keeps the measuring head member 62 pressed against the piping 4.

測定ヘッド部材62には流量計表示器64が組み付けられる(図2、図3参照)。図2において、(I)は流量計表示器64の正面図であり、(II)は表示器6の背面図である。流量計表示器64には、濃度センサ8、温度センサ10が接続される。濃度センサ8、温度センサ10が検出した検出値は、演算などの加工することなく、検知した実際の数値が流量計表示器64の表示部64aに表示される。 A flowmeter display 64 is attached to the measurement head member 62 (see Figures 2 and 3). In Figure 2, (I) is a front view of the flowmeter display 64, and (II) is a rear view of the display 64. A concentration sensor 8 and a temperature sensor 10 are connected to the flowmeter display 64. The values detected by the concentration sensor 8 and the temperature sensor 10 are displayed on the display section 64a of the flowmeter display 64 as actual detected numerical values, without any processing such as calculations.

流量計表示器64の正面には、上記の表示部64aに隣接して第1表示灯64bが設けられている(図2(I)、図4)。この第1表示灯64bは、上下、左右から見やすい位置に配置するのが好ましい。超音波流量検出装置12は、流量計表示器64の上記の第1表示灯64bとは別に、測定ヘッド部材62にも第2表示灯62bが設けられている。この第2表示灯62bは、上、左右から見やすい位置に配置するのが好ましい。 A first indicator light 64b is provided adjacent to the display unit 64a on the front of the flowmeter display 64 (Figures 2(I) and 4). This first indicator light 64b is preferably positioned so that it can be easily seen from above, below, left and right. In addition to the first indicator light 64b on the flowmeter display 64, the ultrasonic flow detector 12 also has a second indicator light 62b on the measuring head member 62. This second indicator light 62b is preferably positioned so that it can be easily seen from above, left and right.

実施例の超音波流量検出装置12によれば、流量計表示器64を測定ヘッド部材62から分離させた状態で配管4に設置した場合でも、流量計表示器64を測定ヘッド部材62に組み込んだ状態で配管4に設置した場合でも、第1表示灯64b、第2表示灯62bが点灯又は消灯又は点滅する。これにより、流量計表示器64は操作部64cを有し、この操作部64cを使って表示部64aの各種の設定を行うことができる。この設定作業は、流量計表示器64を測定ヘッド部材62から分離させた状態でも、流量計表示器64を測定ヘッド部材62に組み込んだ状態でも行うことができる。そして、そのいずれの状態であっても、第1、第2の表示灯64b、62bの状態変化を視認しながら設定作業を行うことができる。 According to the ultrasonic flow detection device 12 of the embodiment, the first indicator light 64b and the second indicator light 62b turn on, turn off, or flash whether the flowmeter display 64 is installed on the piping 4 while separated from the measuring head member 62, or whether the flowmeter display 64 is installed on the piping 4 while incorporated into the measuring head member 62. As a result, the flowmeter display 64 has an operation unit 64c, which can be used to perform various settings on the display unit 64a. This setting work can be performed whether the flowmeter display 64 is separated from the measuring head member 62 or when the flowmeter display 64 is incorporated into the measuring head member 62. In either state, the setting work can be performed while visually checking the changes in the state of the first and second indicator lights 64b and 62b.

図5、図6を参照して、超音波流量検出装置12は好ましくは金属製カバー80が取付可能である。金属製カバー80を追加的に設置することにより、例えば、屋外に超音波流量検出装置12を設置した場合であっても、太陽光から超音波流量検出装置12を守ることができる。太陽光のUV成分による超音波流量検出装置12の筐体の樹脂の劣化を防げる。例えば、太陽光の赤外成分は流量計表示器64の温度を上昇させる要因となり、表示器64を損傷させてしまう可能性がある。また、外部の雨などにより連続的に水が超音波流量検出装置12を直撃することにより、超音波流量検出装置12の内部に水分が侵入する恐れがある。これらの恐れを金属製カバー80によって防ぐことができる。 Referring to Figures 5 and 6, the ultrasonic flow detector 12 can preferably be fitted with a metal cover 80. By additionally installing the metal cover 80, the ultrasonic flow detector 12 can be protected from sunlight, even when installed outdoors, for example. This prevents deterioration of the resin housing of the ultrasonic flow detector 12 due to the UV components of sunlight. For example, the infrared components of sunlight can cause the temperature of the flow meter display 64 to rise, potentially damaging the display 64. Furthermore, continuous water hitting the ultrasonic flow detector 12 directly due to external rain, for example, can cause moisture to enter the interior of the ultrasonic flow detector 12. These risks can be prevented by the metal cover 80.

金属製カバー80には、接続ポートに相当する部分に開口80a(図5)を有し、この開口80aを通じて防水用ケーブルを通過させることができる。また、金属製カバー80はヒンジ82(図6)を有し、ヒンジ82によって金属製カバー80を開くことにより、金属製カバー80を取り外すことなく、流量計表示器64の設定操作つまり操作部64cのキー操作を行うことができる。 The metal cover 80 has an opening 80a (Figure 5) in the area corresponding to the connection port, and a waterproof cable can be passed through this opening 80a. The metal cover 80 also has a hinge 82 (Figure 6), and by opening the metal cover 80 using the hinge 82, it is possible to perform setting operations for the flowmeter display 64, i.e., operate the keys on the operating section 64c, without removing the metal cover 80.

クランプオン超音波流量計6は、最も好ましくは、一体型クランプオン超音波流量計(図7)で構成されるのがよい。測定ヘッド部材62において、第1超音波素子66、第2超音波素子68は一つの素子保持部70に一体的に保持されるのが好ましい。 The clamp-on ultrasonic flowmeter 6 is most preferably configured as an integrated clamp-on ultrasonic flowmeter (Figure 7). In the measurement head member 62, the first ultrasonic element 66 and the second ultrasonic element 68 are preferably integrally held in a single element holder 70.

図7を参照して、測定ヘッド部材62は、超音波を送受信する第1、第2の超音波素子66、68を内蔵し、第1、第2の超音波素子66、68の相対的位置は、素子保持部70によって固定されている。第1、第2の超音波素子66、68は、典型的には圧電素子で構成される。第1、第2の超音波素子66、68は、配管4の母線上において、配管の軸線方向に離間して位置するように素子保持部70に位置決めされている。実施例の一体型クランプオン超音波流量計6は、後述する「伝播時間差」方式の原理の下で計測する第2計測モードの観点から特定すると、いわゆるV配置方式あるいは反射配置方式である。 Referring to FIG. 7 , the measurement head member 62 incorporates first and second ultrasonic elements 66, 68 that transmit and receive ultrasonic waves, and the relative positions of the first and second ultrasonic elements 66, 68 are fixed by an element holder 70. The first and second ultrasonic elements 66, 68 are typically piezoelectric elements. The first and second ultrasonic elements 66, 68 are positioned by the element holder 70 so as to be spaced apart in the axial direction of the pipe 4 on the generatrix of the pipe 4. The integrated clamp-on ultrasonic flowmeter 6 of the embodiment is a so-called V-configuration type or reflection-configuration type, specified from the perspective of the second measurement mode that measures based on the principle of the "transit time difference" method described below.

本実施形態にかかるクランプオン超音波流量計6は、「伝播時間差」方式と、「パルスドップラー」方式とを併用して流量測定を行うことができる。「パルスドップラー」方式は、配管内を流れる流体中に含まれる浮遊粒子や気泡などの異物が流体と同じ速度で移動すると仮定して、気泡などの移動速度から流体の流量を検知するものである。この「パルスドップラー」方式は、片方の、例えば第1の超音波素子66だけを使って、超音波パルスを配管内の被測定流体に対して一定の間隔で送信し、流体内に混在する気泡などの異物によって反射された超音波エコー波の周波数が流速に比例した大きさだけ変化するというドップラーシフトの原理を用いている。 The clamp-on ultrasonic flowmeter 6 according to this embodiment can measure flow rate using both the "transit time difference" method and the "pulse Doppler" method. The "pulse Doppler" method detects the flow rate of a fluid from the speed at which air bubbles and other foreign matter contained in the fluid flowing through the pipe move, assuming that they move at the same speed as the fluid. This "pulse Doppler" method uses only one of the elements, for example the first ultrasonic element 66, to transmit ultrasonic pulses to the fluid being measured in the pipe at regular intervals. This method uses the principle of Doppler shift, in which the frequency of ultrasonic echo waves reflected by foreign matter such as air bubbles mixed in the fluid changes by an amount proportional to the flow rate.

他方、「伝播時間差」方式は、一対の送受信一体型超音波素子を用いて、上流側から下流側への第1の超音波伝播時間と、下流側から上流側への第2の超音波伝播時間とを比較し、この第1、第2との超音波伝播時間の時間差を用いて、被測定流体の平均流速及び流量を求めるのが、「伝播時間差」方式である。 On the other hand, the "flight time difference" method uses a pair of integrated transmit/receive ultrasonic elements to compare the first ultrasonic propagation time from upstream to downstream with the second ultrasonic propagation time from downstream to upstream, and uses the time difference between these first and second ultrasonic propagation times to determine the average flow velocity and flow rate of the fluid being measured.

「伝播時間差」方式は、「パルスドップラー」方式に比べて、精度が高く高速応答性に優れているが耐気泡性に優れない。「パルスドップラー」方式は被測定流体に一定量以上の反射体つまり気泡が均一に存在することで測定が可能であり、十分な気泡が存在しない又は気泡が偏って存在する被測定流体では、高精度な測定ができないという特性を有している。被測定流体中の泡などの不純物の存在は、「伝播時間差」方式にとって精度の高い測定を困難にする。このことから、「伝播時間差」方式は、不純物の少ない液体や純水の流量を検出するのに適しているということができる。 Compared to the "pulse Doppler" method, the "transit time difference" method is more accurate and has a faster response time, but is less resistant to bubbles. The "pulse Doppler" method can only measure when a certain amount of reflectors, or bubbles, are uniformly present in the fluid being measured, and is unable to provide high-precision measurements in fluids where there are insufficient bubbles or where bubbles are unevenly distributed. The presence of impurities such as bubbles in the fluid being measured makes it difficult for the "transit time difference" method to achieve high-precision measurements. For this reason, the "transit time difference" method is suitable for detecting the flow rate of liquids with few impurities or pure water.

単一の超音波素子を用いる「パルスドップラー」方式の原理の下で測定する第1計測モードと、一組の超音波素子を用いる「伝播時間差」方式の原理の下で計測する第2計測モードとの2つの計測モードを備えたクランプオン超音波流量計を「ハイブリッドスイッチ」と呼ぶと、実施例のクランプオン超音波流量計6はハイブリッドスイッチである。 A clamp-on ultrasonic flowmeter with two measurement modes - a first measurement mode that uses a single ultrasonic element to measure based on the principle of the "pulse Doppler" method, and a second measurement mode that uses a pair of ultrasonic elements to measure based on the principle of the "time difference of flight" method - is called a "hybrid switch," and the clamp-on ultrasonic flowmeter 6 of this embodiment is a hybrid switch.

クランプオン超音波流量計6は、測定ヘッド部材62に含まれる第1超音波素子66に隣接して、第1超音波伝達部16としての第1クサビ材162を含み、また、第2超音波素子68に隣接して、第2超音波伝達部18としての第2クサビ材182を含んでいる。第1クサビ材162は、素子保持部70に組み込まれて、第1超音波素子66と音響的に結合するように第1超音波素子66を支持する第1素子結合面162aを有し、この第1素子結合面162aに第1超音波素子66が設置される。第2クサビ材182は、素子保持部70に組み込まれて、第2超音波素子68と音響的に結合するように第2超音波素子68を支持する第2素子結合面182aを有し、この第2素子結合面182aに第2超音波素子68が設置される。 The clamp-on ultrasonic flowmeter 6 includes a first wedge member 162 serving as the first ultrasonic transmission unit 16 adjacent to the first ultrasonic element 66 included in the measuring head member 62, and a second wedge member 182 serving as the second ultrasonic transmission unit 18 adjacent to the second ultrasonic element 68. The first wedge member 162 is incorporated into the element holding member 70 and has a first element bonding surface 162a that supports the first ultrasonic element 66 so as to be acoustically coupled with the first ultrasonic element 66, with the first ultrasonic element 66 mounted on this first element bonding surface 162a. The second wedge member 182 is incorporated into the element holding member 70 and has a second element bonding surface 182a that supports the second ultrasonic element 68 so as to be acoustically coupled with the second ultrasonic element 68, with the second ultrasonic element 68 mounted on this second element bonding surface 182a.

また、測定ヘッド部材62は、第1、第2のクサビ材162、182に、夫々、隣接して、第1、第2のカプラント164、184を好ましくは含んでいる。第1、第2のカプラント164、184は、第1、第2の超音波伝達部16、18の一部を構成すると共に、素子保持部70において、配管4と音響的に結合する配管結合面を構成している。 The measurement head member 62 also preferably includes first and second couplants 164, 184 adjacent to the first and second wedge members 162, 182, respectively. The first and second couplants 164, 184 form part of the first and second ultrasonic transmission units 16, 18, and also form a pipe coupling surface in the element holding unit 70 that acoustically couples with the pipe 4.

測定ヘッド部材62は、第1、第2の超音波素子66、68の送受信の制御を行うと共に検出データを演算する回路基板186を有している。測定ヘッド部材62には、前述したように流量計表示器64が脱着可能に設置される。流量計表示器64は測定ヘッド部材62で求めた流量を受け取って表示部64aに表示する。 The measuring head member 62 has a circuit board 186 that controls the transmission and reception of the first and second ultrasonic elements 66, 68 and calculates the detected data. As mentioned above, the flow meter display 64 is detachably installed on the measuring head member 62. The flow meter display 64 receives the flow rate determined by the measuring head member 62 and displays it on the display unit 64a.

測定ヘッド部材62は、第1、第2の超音波素子66、68が協働して「伝播時間差」方式で流量測定を実行する時間差測定運用モードと、第1の超音波素子66が単独で動作して「パルスドップラー」方式で流量測定を実行するドップラー測定運用モードとを含み、ユーザの選択又は例えばクーラントの気泡の量に対応して自動的に使い分けられる。例えば、伝搬時間差方式での流量測定を数サイクル行い、その後、パルスドップラー方式で流量測定を行うことを繰り返し、気泡が少ないときは伝搬時間差による流量を出力し、気泡が増えたときには、ドップラー方式で流量測定を行う。気泡が多いときはドップラー測定運用モードが自動的に設定され、他方、気泡が少ないときには時間差測定運用モードが自動的に設定される。 The measurement head member 62 includes a time difference measurement operation mode in which the first and second ultrasonic elements 66, 68 work together to perform flow rate measurements using the "flight time difference" method, and a Doppler measurement operation mode in which the first ultrasonic element 66 operates independently to perform flow rate measurements using the "pulse Doppler" method. These modes can be selected by the user or automatically selected based on, for example, the amount of bubbles in the coolant. For example, several cycles of flow rate measurement using the flight time difference method are performed, followed by repeated flow rate measurement using the pulse Doppler method. When there are few bubbles, the flow rate based on the flight time difference is output, and when the number of bubbles increases, flow rate measurement is performed using the Doppler method. When there are many bubbles, the Doppler measurement operation mode is automatically selected, and when there are few bubbles, the time difference measurement operation mode is automatically selected.

図7において、実線RLの矢印は、第1、第2の超音波素子66、68が協働して「伝播時間差」方式の原理の下で流量測定することを意味している。他方、破線DLの矢印は、第1超音波素子66が単独で動作して「パルスドップラー」方式の原理の下で流量測定することを意味している。 In Figure 7, the solid line RL arrow indicates that the first and second ultrasonic elements 66, 68 work together to measure flow rate based on the principle of "time of flight" method. On the other hand, the dashed line DL arrow indicates that the first ultrasonic element 66 operates independently to measure flow rate based on the principle of "pulse Doppler" method.

図8は、「パルスドップラー」方式で流量測定の原理を説明するための図である。図8は、配管4の内部の深度、つまり第1超音波素子66、第1超音波伝達部16からの深さを区分し、各深さ毎に流速を求めることを説明するための図である。各深さ毎に流速を求めることで各深さ毎の流速分布を計測する。深さの区分数つまり深さの点数は測定ヘッド部材62の演算処理能力によって決定される。そして、流速分布を例えば平均化する等によって変換することで流量を求めることができる。もちろん、積分によって流量を求めるようにしてもよい。具体的には、配管内の流速分布を細かく取得し、各深さ毎の流速に幅をかけ算して実質的に積分することで流量を求めてもよい。また、複数点の深さで取得した流速を平均化し、これに所定の係数を掛けて流量を求めるようにしてもよい。 Figure 8 is a diagram explaining the principle of flow rate measurement using the "pulse Doppler" method. Figure 8 is a diagram explaining how the depth inside the pipe 4, i.e., the depth from the first ultrasonic element 66 and the first ultrasonic transmission unit 16, is divided and the flow velocity is calculated for each depth. By calculating the flow velocity for each depth, the flow velocity distribution for each depth is measured. The number of depth divisions, i.e., the number of depth points, is determined by the processing power of the measurement head member 62. The flow rate can then be calculated by converting the flow velocity distribution, for example, by averaging it. Of course, the flow rate can also be calculated by integration. Specifically, the flow velocity distribution inside the pipe can be obtained in detail, and the flow rate can be calculated by multiplying the flow velocity for each depth by the width and essentially integrating it. Alternatively, the flow velocities obtained at multiple depth points can be averaged and then multiplied by a predetermined coefficient to calculate the flow rate.

測定ヘッド部材62は、第1クサビ材162と第2クサビ材182との間に位置し且つ起立した板状の中間超音波遮蔽部材20を含んでいる。この中間超音波遮蔽部材20は、時間差測定運用モードで動作している際に、第1超音波素子66が発した超音波が流体内を経由せずに第2の超音波素子68に伝達するのを防止する。中間超音波遮蔽部材20に関連して、第1クサビ材162を構成する複数の面のうち、中間超音波遮蔽部材20を向く面162eが斜めを向いている。これは、ドップラー測定運用モードで動作している際に、第1超音波素子66が発した超音波のうち、第1クサビ材162の上記面162eが反射した反射波が第1超音波素子66に戻るのを防止する機能を有している。この反射波戻り防止機能は、中間超音波遮蔽部材20を構成する起立した面に対して第1クサビ材162の上記面162eを傾斜させることにより実現することができる(図7)。ここに「傾斜」とは、第1クサビ材162の上記面162eと中間超音波遮蔽部材20を構成する面とが平行でないことを意味している。 The measurement head member 62 includes a plate-shaped intermediate ultrasonic shielding member 20 positioned between the first wedge member 162 and the second wedge member 182 and standing upright. This intermediate ultrasonic shielding member 20 prevents ultrasonic waves emitted by the first ultrasonic element 66 from traveling to the second ultrasonic element 68 without passing through the fluid when operating in the time difference measurement operation mode. In relation to the intermediate ultrasonic shielding member 20, of the multiple faces constituting the first wedge member 162, the face 162e facing the intermediate ultrasonic shielding member 20 is oriented at an angle. This prevents reflected waves reflected by the face 162e of the first wedge member 162 from returning to the first ultrasonic element 66 when operating in the Doppler measurement operation mode. This reflected wave return prevention function can be achieved by inclining the face 162e of the first wedge member 162 with respect to the standing faces constituting the intermediate ultrasonic shielding member 20 (Figure 7). Here, "inclined" means that the surface 162e of the first wedge member 162 and the surface that constitutes the intermediate ultrasound shielding member 20 are not parallel.

典型例を示す図10、図12の(III)を参照して、第1クサビ材162の輪郭を構成する複数の全ての面の各々に関して、例えば中間超音波遮蔽部材20を構成する面に対して傾斜した状態にする、つまり各面で反射した超音波が第1超音波素子66に戻るのを防止することができるように傾斜させる(第1クサビ材162の上記傾斜した上記面162eのように)、第1クサビ材162の輪郭を構成する複数の全ての面を構成するのが好ましい。ただし、傾斜した面にすることにより、クサビ材の専有部分は大きくなるため、第2クサビ材182の側の面162eのみを斜めにすることが望ましい。 Referring to Figures 10 and 12 (III), which show typical examples, it is preferable to configure all of the multiple surfaces that make up the outline of the first wedge member 162 so that each surface is inclined relative to the surface that makes up the intermediate ultrasound shielding member 20, for example. In other words, it is preferable to configure all of the multiple surfaces that make up the outline of the first wedge member 162 so that ultrasonic waves reflected from each surface are prevented from returning to the first ultrasonic element 66 (like the inclined surface 162e of the first wedge member 162). However, since inclining the surfaces increases the area occupied by the wedge member, it is desirable to only incline the surface 162e on the side of the second wedge member 182.

ドップラー測定にも用いられる第1超音波素子66に限定して考察したとき、第1超音波素子66を配管4の母線に対して傾斜して配置することは、第1超音波素子66に関連した第1超音波伝達部16の占有体積が大きくなるため必ずしも好ましいことではない。しかし、実施例に含まれる一体型クランプオン超音波流量計6は、「伝播時間差」方式と「パルスドップラー」方式のハイブリッド構造を有している。このハイブリッド構造では、「伝播時間差」方式での運用において、第1超音波素子66に関する第1素子結合面162aを配管4の母線に対して傾斜させるということは、第1、第2超音波伝達部16、18の間で起立する中間超音波遮蔽部材20に関して相対的に傾斜させることを意味する。この傾斜により反射波戻り防止機能を発揮し、第1クサビ材162とその別部材との界面で反射した反射波が第1超音波素子66に戻る可能性を低減する。前述したように、第1クサビ材162の界面で反射した反射波は「パルスドップラー」方式の原理に基づく流速測定において外乱要素となる。この外乱要素を無くすることで、「パルスドップラー」方式の原理に基づく流速測定の精度を向上させることができる。 When considering only the first ultrasonic element 66, which is also used for Doppler measurement, positioning the first ultrasonic element 66 at an angle relative to the generatrix of the piping 4 is not necessarily desirable because it increases the volume occupied by the first ultrasonic transmission unit 16 associated with the first ultrasonic element 66. However, the integrated clamp-on ultrasonic flowmeter 6 included in the embodiment has a hybrid structure combining the "time-of-flight" method and the "pulse Doppler" method. In this hybrid structure, when operating in the "time-of-flight" method, tilting the first element coupling surface 162a of the first ultrasonic element 66 relative to the generatrix of the piping 4 means tilting it relative to the intermediate ultrasonic shielding member 20 standing between the first and second ultrasonic transmission units 16, 18. This tilt prevents reflected waves from returning, reducing the likelihood that waves reflected at the interface between the first wedge member 162 and the other member will return to the first ultrasonic element 66. As mentioned above, the reflected wave from the interface of the first wedge material 162 becomes a disturbance element in flow velocity measurements based on the principle of the "pulse Doppler" method. By eliminating this disturbance element, the accuracy of flow velocity measurements based on the principle of the "pulse Doppler" method can be improved.

第1超音波伝達部16の一部を構成する第1クサビ材162と、第2超音波伝達部18の一部を構成する第2クサビ材182は共通の材料で構成されている。また、第1超音波伝達部16の一部を構成する第1カプラント164と、第2超音波伝達部18の一部を構成する第2カプラント184は共通の材料で構成されている。 The first wedge member 162, which constitutes part of the first ultrasonic transmission unit 16, and the second wedge member 182, which constitutes part of the second ultrasonic transmission unit 18, are made of a common material. Furthermore, the first couplant 164, which constitutes part of the first ultrasonic transmission unit 16, and the second couplant 184, which constitutes part of the second ultrasonic transmission unit 18, are made of a common material.

カプラントの材料は、高分子ゴム(シリコーンゴム、エピクロヒドリンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムなど)、ゲル状物質(シリコーンゲル、ウレタンゲルなど)のような弾性のカプラント材であるのがよい。このカプラントは適度な圧縮力の下で効果的に音響結合効果を発揮する。この圧縮力は付勢部材(典型的にはバネ力)によって提供される。 The couplant material is preferably an elastic couplant material such as polymer rubber (silicone rubber, epichlorohydrin rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, fluororubber, etc.) or gel-like substance (silicone gel, urethane gel, etc.). This couplant effectively exerts acoustic coupling effect under moderate compressive force. This compressive force is provided by a biasing member (typically spring force).

第1、第2のカプラント164、184は、パーフルオロエラストマー(FFKM)で構成されるのが好ましい。FFKMは分子構造の主鎖が全てフッ素結合であることから極めて優れた耐薬品性や耐熱性を備えたエラストマーであることが知られている。測定ヘッド部材62が設置される配管4は、その内部を流れる高温の流体によって熱せられた状態にある。この過酷な環境下において、FFKMで構成された第1、第2のカプラント164、184を採用することで、超音波流量計の耐熱性を維持することができる。 The first and second couplants 164, 184 are preferably made of perfluoroelastomer (FFKM). FFKM is known to be an elastomer with excellent chemical and heat resistance because the main chain of its molecular structure is entirely fluorine-bonded. The pipe 4 in which the measuring head member 62 is installed is heated by the high-temperature fluid flowing through it. In this harsh environment, the heat resistance of the ultrasonic flowmeter can be maintained by using first and second couplants 164, 184 made of FFKM.

測定ヘッド部材62は、好ましくは2種類用意される。図9、図10は第1のタイプである標準タイプを示す。図11、図12は第2のタイプである高温タイプを示す。標準タイプと高温タイプとを識別するのに、標準タイプの測定ヘッドには参照符号62に「A」を付記した「62A」を付す。高温タイプの測定ヘッドには参照符号62に「B」を付記した「62B」を付す。 Two types of measuring head members 62 are preferably prepared. Figures 9 and 10 show the first type, the standard type. Figures 11 and 12 show the second type, the high-temperature type. To distinguish between the standard type and the high-temperature type, the standard type measuring head is designated "62A," which is the reference number 62 with an "A" added. The high-temperature type measuring head is designated "62B," which is the reference number 62 with a "B" added.

標準タイプの測定ヘッド62A(図9、図10)と、高温タイプの測定ヘッド62B(図11、図12)との実質的な違いは、第1、第2のクサビ材162、182の高さ寸法の違いである。標準タイプに含まれる第1、第2のクサビ材162、182の高さ寸法を「H1」で示し、高温タイプに含まれる第1、第2のクサビ材162、182の高さ寸法を「H2」で示すと、高温タイプの方が標準タイプよりも高さ寸法が大きい(H2>H1)。これにより、高温タイプの測定ヘッド62Bでは、標準タイプに比べて、配管4から基板186、流量計表示器64を距離的に離すことができる。これにより、熱的に弱い基板186や流量計表示器64の熱的劣化を防止することができる。 The essential difference between the standard type measuring head 62A (Figures 9 and 10) and the high-temperature type measuring head 62B (Figures 11 and 12) is the height dimension of the first and second wedge members 162, 182. If the height dimension of the first and second wedge members 162, 182 included in the standard type is indicated by "H1" and the height dimension of the first and second wedge members 162, 182 included in the high-temperature type is indicated by "H2," the high-temperature type has a larger height dimension than the standard type (H2 > H1). As a result, with the high-temperature type measuring head 62B, the board 186 and flowmeter display 64 can be placed further away from the piping 4 than with the standard type. This prevents thermal degradation of the thermally sensitive board 186 and flowmeter display 64.

第1、第2の超音波素子66、68は、任意であるが、コンポジット圧電体で構成するのが好ましい。第1、第2の超音波素子66、68の自身の超音波送信時の残響は、受信時検出精度低下の一因になる。この問題に対して、コンポジット圧電体を採用することにより残響時間を短縮することができ、これにより検出精度を向上させることができる。 The first and second ultrasonic elements 66, 68 are optional, but are preferably constructed from composite piezoelectric materials. Reverberation when the first and second ultrasonic elements 66, 68 transmit their own ultrasonic waves can contribute to reduced detection accuracy when receiving them. To address this issue, using a composite piezoelectric material can shorten the reverberation time, thereby improving detection accuracy.

図9、図10は共に標準タイプの測定ヘッド62Aを示すが、図10は、測定ヘッド62Aに含まれる第1、第2のクサビ材162、182を抽出して図示してある。図11、図12は共に高温タイプの測定ヘッド62Bを示すが、図12は、測定ヘッド62Bに含まれる第1、第2のクサビ材162、182を抽出して図示してある。 Figures 9 and 10 both show the standard type measuring head 62A, but Figure 10 shows the first and second wedge members 162, 182 included in the measuring head 62A. Figures 11 and 12 both show the high-temperature type measuring head 62B, but Figure 12 shows the first and second wedge members 162, 182 included in the measuring head 62B.

図10、図12において、第1、第2のクサビ材162、182の実質的な導波路162b、182bを仮想線で図示してある。第2のクサビ材182は、「パルスドップラー」方式での運用中は使用されない。この第2のクサビ材182の外形輪郭は導波路182bと実質的に同じである。これに対して、第1のクサビ材162は、「パルスドップラー」方式で流量測定を実行するドップラー測定運用モードにおいても使用される。第2のクサビ材182の外形輪郭と比べると良く分かるように、図10、図12に図示の第1のクサビ材162の実質的な導波路162bと、実際の第1のクサビ材162の外形輪郭とが大きく異なっている点に注目して欲しい。第1のクサビ材162の外形輪郭は、実質的な導波路162bに比べて大きく、実質的な導波路162bに余肉162cを付加した形状を有している。図10、図12を参照して、第1のクサビ材162は、中間超音波遮蔽部材20に隣接する第1の余白部分162c-1が側面視略三角形の形状を有する。第1の余肉部分162c-1は、第1クサビ材162に添設される第1カプラント164側を頂点とし、第1素子結合面162a側を底辺とする略三角形の形状であり、この第1の余肉部分162c-1は、第1素子結合面162a側が肉厚である。中間超音波遮蔽部材20に隣接する第1の余肉部分162c-1を実質的な導波路162bとは異なる形状にすることで、中間超音波遮蔽部材20が反射した超音波が第1超音波素子66に戻るのを防止できる。 In Figures 10 and 12, the actual waveguides 162b, 182b of the first and second wedge members 162, 182 are shown in phantom lines. The second wedge member 182 is not used during operation in the "pulse Doppler" mode. The outer contour of this second wedge member 182 is substantially the same as that of the waveguide 182b. In contrast, the first wedge member 162 is also used in the Doppler measurement operation mode, which performs flow measurement using the "pulse Doppler" mode. Please note that the actual waveguide 162b of the first wedge member 162 shown in Figures 10 and 12 is significantly different from the outer contour of the actual first wedge member 162, as can be seen by comparing it with the outer contour of the second wedge member 182. The outer contour of the first wedge member 162 is larger than the substantial waveguide 162b, and has a shape in which excess pad 162c is added to the substantial waveguide 162b. Referring to Figures 10 and 12, the first wedge member 162 has a first marginal portion 162c-1 adjacent to the intermediate ultrasound shielding member 20 having a generally triangular shape in side view. The first excess pad portion 162c-1 has a generally triangular shape with the apex on the side of the first couplant 164 attached to the first wedge member 162 and the base on the side of the first element coupling surface 162a, and this first excess pad portion 162c-1 is thicker on the side of the first element coupling surface 162a. By making the first excess pad portion 162c-1 adjacent to the intermediate ultrasonic shielding member 20 have a shape different from the actual waveguide 162b, ultrasonic waves reflected by the intermediate ultrasonic shielding member 20 can be prevented from returning to the first ultrasonic element 66.

なお、第1のクサビ材162は、中間遮蔽部材20から離れた第2の余肉部分162c-2は、導波路162bと平行な外形輪郭で形成されているが、必要であれば、この第2の余肉部分162c-2の外形輪郭を導波路162bとは異なる異形に形作ってもよい。 The second excess pad portion 162c-2 of the first wedge member 162, which is located away from the intermediate shielding member 20, is formed with an outer contour that is parallel to the waveguide 162b. However, if necessary, the outer contour of this second excess pad portion 162c-2 may be formed into an irregular shape that differs from the waveguide 162b.

図9と図11とを対比して上述したように、高温タイプに含まれる第1、第2のクサビ材162、182の高さ寸法H2は、標準タイプに含まれる第1、第2のクサビ材162、182の高さ寸法H1よりも大きい。このことは、流量計表示器64の熱的弊害を解消する上で効果的であるが、超音波素子66(68)と配管4との離間距離が拡大することに伴って超音波の指向性が弱くなるという事実が表面化した。この問題を解消する一つの手段として、高温タイプに含まれる第1、第2のクサビ材162、182の配管4側の端部を先細りの形状にするのが効果的であることを実証できた。 As noted above, comparing Figures 9 and 11, the height dimension H2 of the first and second wedge members 162, 182 included in the high-temperature type is greater than the height dimension H1 of the first and second wedge members 162, 182 included in the standard type. This is effective in eliminating thermal problems in the flowmeter display 64; however, it has become apparent that the directionality of the ultrasonic waves weakens as the distance between the ultrasonic element 66 (68) and the piping 4 increases. It has been demonstrated that one effective way to solve this problem is to tape the ends of the first and second wedge members 162, 182 included in the high-temperature type that face the piping 4.

図13は、図11を配管4を横断する方向に沿って切断した断面図であり、測定ヘッド62を取付ベース部材60によって圧接させている状態を説明するための図である。図13から良く分かるように、高温タイプに含まれる第1、第2のクサビ材162、182において、金属配管4側の端部163、183は先細りの形状を有している。この先細り形状によって、金属配管4に接する第1、第2のクサビ材162、182の端面を小さくすることができる。これは金属配管4を経由して流体内の超音波信号を入れる経路を制限的にすることを意味し、これにより高い測定精度を維持することができる。これに加えて、先細り形状部分163、183の周囲は空気で囲まれている。これにより、先細り形状部分163、183の周囲から超音波信号が侵入するのを阻止することができる。 Figure 13 is a cross-sectional view of Figure 11 taken along the direction transverse to the pipe 4, illustrating the state in which the measurement head 62 is pressed against the mounting base member 60. As can be clearly seen from Figure 13, the first and second wedge members 162, 182 included in the high-temperature type have tapered ends 163, 183 on the metal pipe 4 side. This tapered shape reduces the end faces of the first and second wedge members 162, 182 that contact the metal pipe 4. This restricts the path through which ultrasonic signals can enter the fluid via the metal pipe 4, thereby maintaining high measurement accuracy. In addition, the tapered portions 163, 183 are surrounded by air. This prevents ultrasonic signals from entering from around the tapered portions 163, 183.

測定ヘッド部材62は、第1、第2のクサビ材162、182を介して、指向性をもって金属配管4に超音波信号を伝えている。先細り形状部分163、183によって指向性を明確にすることで、超音波信号が広がって配管4に入るのを防止できる。指向性を明確にすることで、金属配管4内を伝わる迷信号による影響を低減することができる。 The measurement head member 62 transmits ultrasonic signals to the metal pipe 4 with directionality via the first and second wedge members 162, 182. By clarifying the directionality with the tapered portions 163, 183, the ultrasonic signals are prevented from spreading and entering the pipe 4. By clarifying the directionality, the effects of stray signals propagating within the metal pipe 4 can be reduced.

したがって、高温タイプに限らず標準タイプの測定ヘッド部材62Aに含まれる第1、第2のクサビ材162、182についても、配管4側の端部を先細り形状部分163、183にしてもよいのは勿論である。 Therefore, it goes without saying that the ends of the first and second wedge members 162, 182 included in the standard type measurement head member 62A, not just the high-temperature type, can also be tapered portions 163, 183 on the pipe 4 side.

図14ないし図30は、クランプオン超音波流量計6、クランプオン濃度センサ8、温度センサ10で構成される超音波流量検出装置12において、クランプオン超音波流量計6に含まれる流量計表示器64の複数の表示例DP-1ないしDP-17を説明するための図である。 Figures 14 to 30 are diagrams illustrating multiple display examples DP-1 to DP-17 of the flowmeter display 64 included in the clamp-on ultrasonic flowmeter 6 in an ultrasonic flow detection device 12 consisting of a clamp-on ultrasonic flowmeter 6, a clamp-on concentration sensor 8, and a temperature sensor 10.

クランプオン超音波流量計6に含まれる流量計表示器64は、流量ポート、マルチポート1、マルチポート2を含み、流量ポートには測定ヘッド部材62が接続され、マルチポート1には温度センサ10が接続され、マルチポート2には濃度センサ8が接続されている。この複数のセンサの接続状態は、図14の一つの表示例DP-1によって表示される。 The flowmeter display 64 included in the clamp-on ultrasonic flowmeter 6 includes a flow port, multiport 1, and multiport 2. A measurement head member 62 is connected to the flow port, a temperature sensor 10 is connected to multiport 1, and a concentration sensor 8 is connected to multiport 2. The connection status of these multiple sensors is displayed by one display example DP-1 in Figure 14.

流量計表示器64の表示を使ってセンサに関連した各種の初期設定が可能である。図15の表示例DP-2はその一例である。表示例DP-2によれば、配管4を流れる流体の流れ方向を設定できる。DP-2の「LED側へ」は配管4の一方向を意味し、ユーザが「LED側へ」とは別の「LED側から」を選択することもできる。「LED側から」は配管4の他の方向を意味する。画像やピクトグラフで表示されてもよい。つまり、ユーザは配管4を流れる二者択一の流れ方向を選択的に指定して、これを表示させることができる。表示例DP-2は配管4の口径、配管4の種別として金属又は樹脂などから選択して、これを指定することができる。 The display on the flowmeter display 64 can be used to perform various initial settings related to the sensor. Display example DP-2 in Figure 15 is one example. Display example DP-2 allows the flow direction of the fluid flowing through the pipe 4 to be set. "Towards the LED side" in DP-2 means one direction of the pipe 4, and the user can also select "From the LED side" as an alternative to "Towards the LED side." "From the LED side" means the other direction of the pipe 4. This may be displayed as an image or pictograph. In other words, the user can selectively specify one of two flow directions through the pipe 4 and have this displayed. Display example DP-2 allows the user to specify the diameter of the pipe 4 and the type of pipe 4 by selecting from metal, resin, etc.

超音波流量検出装置12は、流量センサつまり測定ヘッド部材62と温度センサ10を用いて熱量を計算する機能を有している。この熱量計算の機能は、ユーザが図16の表示例DP-3を使って有効又は無効を設定することができる。 The ultrasonic flow rate detection device 12 has the function of calculating the amount of heat using the flow rate sensor, i.e., the measurement head member 62, and the temperature sensor 10. The user can enable or disable this heat rate calculation function using the display example DP-3 in Figure 16.

超音波流量検出装置12において、検出した流量、濃度に関して、表示例DP-4(図17)を使って、その単位を選択できる。流量の単位は、L/分、立方メートル/時間などが、設定可能な選択肢として順次表示可能である。濃度の単位は、%、Brix%が二者択一的に選択肢として順次表示可能である。流量計表示器64の複数の表示チャンネルの各々を何にするかは、図18に図示の表示例DP-5によってユーザが設定可能である。 The ultrasonic flow detection device 12 allows you to select the units for the detected flow rate and concentration using display example DP-4 (Figure 17). Flow rate units such as L/min and cubic meters/hour can be displayed sequentially as configurable options. Concentration units such as %, Brix% can be displayed sequentially as alternative options. The user can set what each of the multiple display channels on the flow meter display 64 will display using display example DP-5 shown in Figure 18.

図19は、流量計表示器64に表示可能なメニュー画面の表示例DP-6を示す。このメニュー画面(表示例DP-6)は、現在値、履歴、設定、状態の4つのメニューが表示される。現在値を選択したときの流量計表示器64の表示例を図20に示す。図20の表示例DP-7は、運用中の流量の表示である。図20において、「73.9」は配管4を流れる流体の現在の流量(73.9L/min)を意味している。図20において、[1]の「80.0」は配管4を流れる流体の最大値を意味し、[2]の「72.0」は配管4を流れる流体の最小値を意味している。つまり、表示例DP-7は運用中において現在値だけでなく、最大値、最小値も一つの画面で表示可能であることを示している。 Figure 19 shows display example DP-6, a menu screen that can be displayed on the flowmeter display 64. This menu screen (display example DP-6) displays four menus: current value, history, settings, and status. Figure 20 shows an example of the display on the flowmeter display 64 when current value is selected. Display example DP-7 in Figure 20 displays the flow rate during operation. In Figure 20, "73.9" means the current flow rate (73.9 L/min) of the fluid flowing through pipe 4. In Figure 20, "80.0" in [1] means the maximum value of the fluid flowing through pipe 4, and "72.0" in [2] means the minimum value of the fluid flowing through pipe 4. In other words, display example DP-7 shows that during operation, not only the current value but also the maximum and minimum values can be displayed on a single screen.

図21の表示例DP-8は、運用中の配管4を流れる流体の温度の表示例である。「21.5℃」は運用中に検出している配管4の温度であり、この温度は配管4の中を流れる流体の温度と等しい。下方の「20.0」は温度の閾値を表示している。図22の表示例DP-9は、運用中の配管4を流れる流体の濃度を示している。表示例DP-9に表示の「7.5Brix%」は運用中の濃度を意味している。下方の「2.5」は濃度の閾値を示している。 Display example DP-8 in Figure 21 is an example of the temperature of the fluid flowing through pipe 4 during operation. "21.5°C" is the temperature of pipe 4 detected during operation, and this temperature is equal to the temperature of the fluid flowing through pipe 4. "20.0" below indicates the temperature threshold. Display example DP-9 in Figure 22 shows the concentration of the fluid flowing through pipe 4 during operation. "7.5 Brix%" displayed in display example DP-9 indicates the concentration during operation. "2.5" below indicates the concentration threshold.

運用中、流量計表示器64は流量、温度、濃度を個々に独立した別画面で表示してもよいが、図23の表示例DP-10に例示的に示すように、これらを一覧表示するマルチ表示画面を備えていてもよい。図23の一覧表示例DP-10において、「19.7℃」は測定ヘッド部材62が計測した温度であるが、これに加えて温度センサ10が計測した温度「49.3℃」も一覧表示例DP-10に表示される。「7.9Brix%」は濃度である。 During operation, the flowmeter display 64 may display the flow rate, temperature, and concentration on separate, independent screens, or may have a multi-display screen that displays these values in a list, as shown in example display DP-10 in Figure 23. In example display DP-10 in Figure 23, "19.7°C" is the temperature measured by the measurement head member 62, but in addition, the temperature measured by the temperature sensor 10, "49.3°C," is also displayed in example display DP-10. "7.9 Brix%" is the concentration.

図24の表示例DP-11は、前述したメニュー画面であるが、メニュー「現在値」を選択すると、図20ないし図22で例示した現在値が表示される。メニュー「履歴」を選択したときに、図25の時系列の第1グラフ表示例DP-12(曲線グラフ表示)、図26の時系列の表示例DP-13(棒グラフ表示)を選択的に表示可能である。図25、図26のグラフ表示において、横軸のスケールの欄を1年、1ヶ月、1週間、1日、1時間、10分に変更可能であり、ユーザが設定した横軸スケールで図25、図26のグラフ表示を実行させることができる。 Display example DP-11 in Figure 24 is the menu screen mentioned above, and when the "Current Value" menu is selected, the current values exemplified in Figures 20 to 22 are displayed. When the "History" menu is selected, the first time series graph display example DP-12 (curve graph display) in Figure 25 or the time series display example DP-13 (bar graph display) in Figure 26 can be selectively displayed. In the graph displays in Figures 25 and 26, the horizontal axis scale can be changed to 1 year, 1 month, 1 week, 1 day, 1 hour, or 10 minutes, and the graph displays in Figures 25 and 26 can be executed with the horizontal axis scale set by the user.

図24のメニュー表示例DP-11のメニュー画面において、メニュー「設定」を選択すると、図27の表示例DP-14の画面に切り替わる。この表示例DP-14は、設定項目を分類した幾つかの項目が一覧表示され、その中からユーザが選択可能である。表示例DP-14(図27)は、設定項目として、「入出力設定」、「検出設定」、「システム設定」、「便利な機能」、「初期化」を含む。項目「検出設定」は、流量計表示器64に接続される各センサの設定である。項目「システム設定」は、流量計表示器64の設定に関し、表示灯の点灯状態、画面の向き、言語、ログデータの記録の有効/無効、キーロック方式を変更できる。項目「便利な機能」は、流量ゼロ点調整、濃度ティーチング、積算流量リセットなど、各センサ毎にコマンドを行うことができる。項目「初期化」は、再起動、設定初期化、履歴データ消去、入出力設定初期化、完全初期化を行うことができる。 Selecting the "Settings" menu item on the menu screen of menu display example DP-11 in Figure 24 switches to the screen of display example DP-14 in Figure 27. This display example DP-14 displays a list of several categorized setting items, from which the user can select. Display example DP-14 (Figure 27) includes the setting items "Input/Output Settings," "Detection Settings," "System Settings," "Convenient Functions," and "Initialization." The "Detection Settings" item is the setting for each sensor connected to the flowmeter display 64. The "System Settings" item allows you to change the settings of the flowmeter display 64, such as the indicator light status, screen orientation, language, enable/disable log data recording, and key lock method. The "Convenient Functions" item allows you to issue commands for each sensor, such as flow rate zero point adjustment, concentration teaching, and integrated flow rate reset. The "Initialization" item allows you to restart, initialize settings, clear history data, initialize input/output settings, and perform a complete initialization.

図28の表示例DP-15は、濃度センサ8の設定に関する表示例である。濃度センサ8の設定では、応答時間、表示分解能、温度特性の補正値などを変更できる他、不安定になったときに警報を出力するスタビリティ警報のON/OFF、流体がない状態である乾水を検知する感度である乾水検知感度をOFF/低/中/高に択一的に切り替えることができる。 Display example DP-15 in Figure 28 is an example of a display related to the settings of the concentration sensor 8. In the concentration sensor 8 settings, you can change the response time, display resolution, temperature characteristic correction value, etc., as well as turn on/off the stability alarm that outputs an alarm when instability occurs, and switch the dry water detection sensitivity, which is the sensitivity for detecting dry water, a state in which there is no fluid, between OFF/low/medium/high.

図29の表示例DP-16は、測定ヘッド部材62(流量センサ)の設定に関する表示例である。測定ヘッド部材62(流量センサ)の設定では、応答時間、表示分解能、ヒステリシス、ゼロカット流量、流量方向の設定(LED側へ/LED側から)、配管材質(金属/樹脂)、配管径などを選択できる。加えて、気泡検知を行うタイミングを切り替えることができる。図示の表示例DP-16では「1秒」が設定されており、1秒ごとに、ドップラー式などの気泡検知できる原理により気泡を検知する。測定ヘッド部材62(流量センサ)は、設定が2段階の階層になっており、第1段階(階層)で上記設定を、より詳細、複雑で熟練者向けの設定がその下の第2段階(階層)で設定変更可能となっている。ProモードをONにするとProモードの表示がプロ設定となり、その詳細設定項目が下に表示される。 The display example DP-16 in Figure 29 is an example of a display related to the settings of the measurement head component 62 (flow sensor). The settings for the measurement head component 62 (flow sensor) include selectable response time, display resolution, hysteresis, zero cutoff flow rate, flow direction (toward/from the LED), pipe material (metal/resin), and pipe diameter. Additionally, the timing for bubble detection can be changed. In the example DP-16 shown, "1 second" is set, and bubbles are detected every second using a bubble detection principle such as the Doppler method. The measurement head component 62 (flow sensor) has two settings: the first level (level) allows the above settings, and the second level (level) allows more detailed, complex settings for experienced users. When Pro mode is turned on, the Pro mode display changes to professional settings, with the detailed settings displayed below.

図30の表示例DP-17は、Proモードの表示を選択したときの表示例である。測定ヘッド部材62(流量センサ)のProモードのプロ設定では、流量検出モード、配管外径入力、配管厚み入力、配管音速入力、動粘度入力の設定をすることができる。この項目「Proモード」で設定するプロ設定では、一度、初期設定時に入力が終わると、以降の流量測定中に設定を変更する頻度が少ない項目である。また、誤って設定を変更してしまうと、流量センサの検出精度に影響を及ぼすため、不必要に設定変更させないため、別の階層での設定変更としている。項目「流量検出モード」は、ハイブリッド、伝搬時間差、ドップラーで変更可能である。ハイブリッドとは、伝搬時間差とドップラーとの併用方式である。ドップラー方式は気泡に強いが、気泡がないと測定できない。伝搬時間差は、流体内に気泡があると測定できない。その両方式を併用したのがハイブリッドである。 The display example DP-17 in Figure 30 is an example of what appears when the Pro mode display is selected. The Pro mode settings for the measurement head member 62 (flow sensor) allow you to set the flow detection mode, pipe outer diameter input, pipe thickness input, pipe sound velocity input, and kinematic viscosity input. The Pro settings set in this "Pro mode" item are items that, once entered during initial setup, are rarely changed during subsequent flow measurement. Furthermore, because changing the settings incorrectly can affect the detection accuracy of the flow sensor, settings are changed at a separate level to prevent unnecessary changes. The "Flow Detection Mode" item can be changed between hybrid, transit time difference, and Doppler. Hybrid is a method that combines transit time difference and Doppler. The Doppler method is resistant to air bubbles, but cannot be measured without air bubbles. Transit time difference cannot be measured if there are air bubbles in the fluid. Hybrid combines both methods.

2 クーラント収容タンク
4 配管(工作機械に向けて)
6 一体型クランプオン流量計
60 取付ベース部材
62 測定ヘッド部材
62A 標準タイプ
62B 高温タイプ
64 流量計表示器
64a 表示部
66 第1超音波素子
68 第2超音波素子
70 素子保持部
8 濃度センサ
10 温度センサ
12 超音波流量検出装置
16 第1超音波伝達部
162 第1クサビ材(第1素子保持部)
162a 第1素子結合面
162b 第1クサビ材の導波路
162c 余肉
162e 中間超音波遮蔽部材に対面した傾いた面
164 第1カプラント
18 第2超音波伝達部
182 第2クサビ材(第2素子保持部)
182a 第2素子結合面
182b 第2クサビ材の導波路
184 第2カプラント
20 中間超音波遮蔽部材
2 Coolant storage tank 4 Piping (towards machine tool)
6 Integrated clamp-on flowmeter 60 Mounting base member 62 Measuring head member 62A Standard type 62B High temperature type 64 Flowmeter display 64a Display unit 66 First ultrasonic element 68 Second ultrasonic element 70 Element holding unit 8 Concentration sensor 10 Temperature sensor 12 Ultrasonic flow detection device 16 First ultrasonic transmission unit 162 First wedge member (first element holding unit)
162a: First element coupling surface; 162b: Waveguide of first wedge member; 162c: Extra pad; 162e: Inclined surface facing the intermediate ultrasonic shielding member; 164: First couplant; 18: Second ultrasonic transmission section; 182: Second wedge member (second element holding section);
182a: Second element coupling surface 182b: Waveguide of second wedge material 184: Second couplant 20: Intermediate ultrasonic shielding member

Claims (13)

配管を流れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、
超音波の送信および受信を行う第1の超音波素子と、
超音波の送信および受信を行う第2の超音波素子と、
前記第1の超音波素子の出力信号に基づいて前記配管内の流体の流量を算出する第1方式と、
前記第1および第2の超音波素子の出力信号に基づいて前記流量を算出する第2方式と、の少なくともいずれか一方で前記流量を算出可能な算出部と、
前記第1および第2の超音波素子を保持する素子保持部と、
前記素子保持部を保持するとともに前記配管の外面に着脱可能に取り付けられる取り付け具とを備え、
前記素子保持部は、
前記第1の超音波素子と音響的に結合するように前記第1の超音波素子を支持する第1の素子保持部と、
前記第2の超音波素子と音響的に結合するように前記第2の超音波素子を支持する第2の素子保持部と、
を含み、
前記第1の素子保持部は、前記第1の超音波素子により送信された超音波が前記第1の素子保持部を通って前記配管内の流体中に導く第1導波路を形成し、
前記第2の素子保持部は、前記配管内の流体中を伝播した超音波が前記第2の素子保持部を通って前記第2の超音波素子により受信される第2導波路を形成し、
前記第1の素子保持部は、前記第1の超音波素子から送信された超音波が前記第1の素子保持部のうち前記第2の素子保持部に対向する面で反射して、当該反射波が前記第1の超音波素子に入力されないように配置される、超音波流量計。
An ultrasonic flow meter for measuring the flow rate of a fluid flowing through a pipe,
a first ultrasonic element that transmits and receives ultrasonic waves;
a second ultrasonic element that transmits and receives ultrasonic waves;
a first method for calculating a flow rate of the fluid in the pipe based on an output signal of the first ultrasonic element;
a second method for calculating the flow rate based on output signals of the first and second ultrasonic elements; and
an element holding portion that holds the first and second ultrasonic elements;
a mounting fixture that holds the element holding part and is detachably attached to the outer surface of the pipe,
The element holding unit is
a first element holding portion that supports the first ultrasonic element so as to be acoustically coupled to the first ultrasonic element;
a second element holding portion that supports the second ultrasonic element so as to be acoustically coupled to the second ultrasonic element;
Including,
the first element holding portion forms a first waveguide through which ultrasonic waves transmitted by the first ultrasonic element are guided into the fluid in the piping through the first element holding portion;
the second element holding portion forms a second waveguide through which ultrasonic waves propagated through the fluid in the piping pass through the second element holding portion and are received by the second ultrasonic element;
an ultrasonic flowmeter, wherein the first element holding portion is positioned so that ultrasonic waves transmitted from the first ultrasonic element are reflected by a surface of the first element holding portion facing the second element holding portion, and the reflected waves are not input to the first ultrasonic element.
前記第1の超音波素子と結合された前記第1の素子保持部と前記第2の超音波素子と結合された前記第2の素子保持部との間に、第1の超音波素子と第2の超音波素子との間の超音波信号の伝搬を遮蔽する中間超音波遮蔽部材を有し、
前記第1素子保持部のうち、前記第2の素子保持部に対向する面は、前記中間超音波遮蔽部材に対して傾斜した方向を向いている、請求項1に記載の超音波流量計。
an intermediate ultrasonic shielding member that shields propagation of an ultrasonic signal between the first ultrasonic element and the second ultrasonic element is provided between the first element holding portion coupled to the first ultrasonic element and the second element holding portion coupled to the second ultrasonic element;
2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein a surface of the first element holding portion that faces the second element holding portion is oriented in a direction inclined with respect to the intermediate ultrasonic shielding member.
前記第1素子保持部のうち、前記第2の素子保持部に対向する面は、前記第1の超音波素子の前記第2の超音波素子がある方向を向く面に対して、平面図において傾いている、請求項1又は2に記載の超音波流量計。 An ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2, wherein the surface of the first element holder facing the second element holder is inclined in a plan view with respect to the surface of the first ultrasonic element facing in the direction in which the second ultrasonic element is located. 前記第1方式がドップラー式であり、前記第2方式が伝搬時間差方式である、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の超音波流量計。 An ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 3, wherein the first method is a Doppler method and the second method is a transit time method. 前記超音波流量計は、前記第1、第2の素子保持部の高さの相違によって標準タイプと高温タイプとを有し、
高温タイプに含まれる前記第1、第2の素子保持部の高さ寸法が、前記標準タイプに含まれる前記第1、第2の素子保持部の高さ寸法よりも大きい、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の超音波流量計。
the ultrasonic flowmeter has a standard type and a high-temperature type depending on the difference in height between the first and second element holding portions,
5. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein height dimensions of the first and second element holding portions included in the high-temperature type are greater than height dimensions of the first and second element holding portions included in the standard type.
前記第1素子保持部は、配管方向に垂直な断面において、
前記配管側と結合する部分の幅は、前記第1の超音波素子と結合する部分の幅よりも小であり、
前記第2素子保持部は、配管方向に垂直な断面において、
前記配管側と結合する部分の幅は、前記第2の超音波素子と結合する部分の幅よりも小である、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の超音波流量計
The first element holding portion has a cross section perpendicular to the piping direction,
The width of the portion coupled to the pipe side is smaller than the width of the portion coupled to the first ultrasonic element,
The second element holding portion has a cross section perpendicular to the piping direction,
6. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein a width of the portion coupled to the pipe side is smaller than a width of the portion coupled to the second ultrasonic element.
前記第1の超音波素子と結合する部分に向かって先細りとなる部分を有し、
前記第2の超音波素子と結合する部分に向かって先細りとなる部分を有する、請求項6に記載の超音波流量計。
a portion that tapers toward a portion that couples with the first ultrasonic element;
The ultrasonic flow meter of claim 6 , further comprising a portion that tapers toward a portion that couples with the second ultrasonic element.
前記第1の超音波素子、前記第2の超音波素子、前記算出部、前記素子保持部を収容するように覆う金属製の保護カバーを有する請求項1ないし7のいずれか一項に記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter described in any one of claims 1 to 7, further comprising a metal protective cover that houses and covers the first ultrasonic element, the second ultrasonic element, the calculation unit, and the element holding unit. 前記素子保持部は、前記第1の素子保持部と前記第2の素子保持部とを第1の方向に沿って離間して配置して組み込むとともに、前記配管と音響的に結合するための配管結合面を有し、the element holder incorporates the first element holder and the second element holder while being spaced apart from each other along a first direction, and has a pipe coupling surface for acoustically coupling with the pipe;
前記第1の超音波素子及び第2の超音波素子は、夫々、前記配管結合面に向けて前記第1の方向に対して傾斜して配置されている、請求項1又は2に記載の超音波流量計。3. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the first ultrasonic element and the second ultrasonic element are each disposed at an angle with respect to the first direction toward the pipe coupling surface.
前記素子保持部の内部に収容され、前記第1の素子保持部と前記第2の素子保持部との間に配置されて第1の超音波素子と第2の超音波素子との間の超音波信号の伝搬を遮蔽する中間超音波遮蔽部材と、an intermediate ultrasonic shielding member that is housed inside the element holding portion and is disposed between the first element holding portion and the second element holding portion to shield propagation of an ultrasonic signal between the first ultrasonic element and the second ultrasonic element;
前記第1の素子保持部に隣接して配置されて前記配管結合面の一部を構成し、圧縮力の下で音響結合効果を発揮する第1カプラントと、a first couplant disposed adjacent to the first element holder, constituting a part of the pipe coupling surface, and providing an acoustic coupling effect under a compressive force;
前記第2の素子保持部に隣接して配置されて前記配管結合面の一部を構成し、圧縮力の下で音響結合効果を発揮する第2カプラントと、a second couplant disposed adjacent to the second element holder, constituting a part of the pipe coupling surface, and providing an acoustic coupling effect under a compressive force;
をさらに備える、請求項9に記載の超音波流量計。The ultrasonic flow meter of claim 9 further comprising:
前記素子保持部の内部に収容され、前記第1および第2の素子保持部に対して前記配管結合面と対向する面側に配置され、前記第1および第2の超音波素子の送受信の制御を行うとともに検出データを演算して前記流量を算出可能な前記算出部を構成する回路基板と、a circuit board that is housed inside the element holding portion and is arranged on a surface side of the first and second element holding portions that faces the pipe connection surface, and that controls transmission and reception of the first and second ultrasonic elements and that is capable of calculating the flow rate by computing detection data; and
前記素子保持部の前記配管結合面と対向する面に対して着脱可能に設置され、前記前記算出部で求めた流量を表示する表示部と、前記表示部の各種設定を行うための操作部と、第1表示灯と、を有する流量計表示器と、a flow meter indicator that is detachably installed on a surface of the element holding part that faces the pipe connection surface, and that has a display part that displays the flow rate calculated by the calculation part, an operation part that makes various settings on the display part, and a first indicator light;
前記素子保持部において、前記配管結合面と対向する面に配置される第2表示灯と、a second indicator light disposed on a surface of the element holding portion opposite to the pipe coupling surface;
をさらに備える、請求項9に記載の超音波流量計。The ultrasonic flow meter of claim 9 further comprising:
前記素子保持部は、前記第1の素子保持部と前記第2の素子保持部とを組み込むとともに、前記配管と音響的に結合するための配管結合面を有し、the element holder incorporates the first element holder and the second element holder and has a pipe coupling surface for acoustically coupling with the pipe;
前記第1の超音波素子は、前記第1導波路を前記第1の素子保持部において前記配管結合面に向けて形成するように配置され、the first ultrasonic element is arranged to form the first waveguide toward the pipe coupling surface in the first element holding portion,
前記第1の素子保持部は、前記第1導波路に隣接するとともに前記第2の素子保持部と対向する面を形成する余肉部分を有する、the first element holding portion has an excess pad portion that is adjacent to the first waveguide and forms a surface facing the second element holding portion;
請求項1又は2に記載の超音波流量計。3. The ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2.
前記第1および第2の超音波素子の送受信の制御を行うとともに検出データを演算して前記流量を算出可能な前記算出部を構成する回路基板をさらに有し、The ultrasonic transducer further includes a circuit board that controls transmission and reception of the first and second ultrasonic elements and configures the calculation unit that can calculate the flow rate by calculating detection data,
前記第1、第2の素子保持部の高さ寸法が前記回路基板の熱的劣化を防止する寸法に設定されている、the height dimensions of the first and second element holding portions are set to dimensions that prevent thermal deterioration of the circuit board;
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の超音波流量計。5. The ultrasonic flowmeter according to claim 1.
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