(57)【要約】【課題】  管体に対して、着脱を容易に行って流体の流量を測定する。【解決手段】管体Ｐを保持する保持体１０内の両側に、一対の第１の超音波送受信部３０、第２の超音波送受信部４０が斜め方向に対向して配置され、一体として保持体１０の長手方向、短手方向に移動可能とされている。超音波送受信部３０、４０を移動することにより、超音波送受信部３０、４０によって管体Ｐを両側から挟着し、超音波伝達体３４、４４が管体Ｐにほぼ密着した状態となる。流量時には、超音波送受信部３０、４０の超音波伝達体３４、４４の一方から管体Ｐ内の流体中に送信された超音波ビームＢは、管体Ｐ内を斜め方向に伝播し、超音波送受信部３０、４０の他方において受信されることを交互に繰り返す。超音波ビームＢが上流側から下流側への往き時間と、下流側から上流側への戻り時間との伝播時間差を求めて流速を求める。【選択図】図６
2020176904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管体に対し着脱自在とし、前記管体中を斜め方向に伝播する超音波ビームを交互に送受信して前記流体の流量を測定する超音波式流量測定装置であって、
前記管体を保持するための保持体と、該保持体内にそれぞれ斜め方向に対向して配置され、前記斜め方向に共に移動して前記管体を両側から挟着する一対の超音波送受信部とを備え、
前記一対の超音波送受信部は、超音波送受信素子と超音波伝達体とを有し、
前記超音波伝達体は、一端を前記超音波送受信素子に密着し、他端を前記管体に密着し、前記管体対する前記超音波ビームの送受信面とすることを特徴とする超音波式流量測定装置。
【請求項２】
前記一対の超音波送受信部は前記保持体に設けられたカム溝に沿って前記保持体の長手方向に移動し、かつ前記超音波送受信部は前記カム溝に沿って前記保持体の短手方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項３】
前記一対の超音波送受信部は、前記保持体内を長手方向に移動可能に配置された管体支持体に連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項４】
前記超音波伝達体の送受信面は平面とされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項５】
前記超音波伝達体の送受信面は前記管体を両側から押圧し、前記管体を偏平状に変形することを特徴とする請求項４に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項６】
前記一対の超音波送受信部をロック部材により所定位置にロックすることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管体内の流体中に超音波ビームを伝播させて、流体の流量を測定するクランプオン型の超音波式流量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、既設の管体に外部から取り付け、管体内を斜め方向に超音波ビームを横断させて、管体内を流れる流体の流量を測定するためのクランプオン型の超音波式流量測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２１１３７号公報
【特許文献２】特開２００３−７５２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらのクランプオン型の超音波式流量測定装置では、複雑な機構を用いて管体の形状に合わせた一対の超音波送受信部を、複雑で時間を要する組立作業により取り付ける必要がある。そのため測定に際して、管体に超音波式流量測定装置を簡便にかつ正確な位置に着設することは、なかなか困難である。
【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、管体に対して着脱が簡便にできる超音波式流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式流量測定装置は、流体が流れる管体に対し着脱自在とし、前記管体中を斜め方向に伝播する超音波ビームを交互に送受信して前記流体の流量を測定する超音波式流量測定装置であって、前記管体を保持するための保持体と、該保持体内にそれぞれ斜め方向に対向して配置され、前記斜め方向に共に移動して前記管体を両側から挟着する一対の超音波送受信部とを備え、前記一対の超音波送受信部は、超音波送受信素子と超音波伝達体とを有し、前記超音波伝達体は、一端を前記超音波送受信素子に密着し、他端を前記管体に密着し、前記管体対する前記超音波ビームの送受信面とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る超音波式流量測定装置によれば、管体に対して着脱が容易であり、管体内の流体の流量を正確かつ容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の超音波式流量測定装置を管体に装着した状態の斜視図である。
【図２】分解斜視図である。
【図３】平面図である。
【図４】底面図である。
【図５】側面図である。
【図６】断面図である。
【図７】超音波送受信部を後方に移動させた状態の平面図である。
【図８】超音波送受信部を前方に移動させた状態の断面図である。
【図９】流量測定時の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は管体に装着した状態の超音波式流量測定装置の斜視図、図２は分解斜視図、図３はロック部材を点線で示した状態の平面図、図４は底面図、図５は長手方向から見た側面図、図６は水平方向に切断した断面図である。
【００１０】
本実施例の超音波式流量測定装置の部材は主として合成樹脂材から成り、保持体１０と、保持体１０内で可動とされた管体支持体２０と、管体支持体２０を介して保持体１０に可動に取り付けられた第１の超音波送受信部３０と、同様の第２の超音波送受信部４０と、超音波送受信部３０、４０の位置関係をロック状態にするロック部材５０とから構成されている。そして、管体Ｐは測定すべき流体を流す可撓性を有する合成樹脂材とされている。
【００１１】
保持体１０は、略矩形状で断面が略「凹」字状の基底部１１を有し、基底部１１の両側辺部１１ａ、１１ｂ上に沿って、第１上半部１２、第２上半部１３がそれぞれ配置されている。第１上半部１２、第２上半部１３は、基底部１１の４つの隅角部に設けられた台座１１ｃ上に載置され、ねじ１１ｄにより固定されている。第１上半部１２及び第２上半部１３は、それぞれ表面部１２ａ及び１３ａ、側面部１２ｂ及び１３ｂを有している。なお、基底部１１、第１上半部１２、第２上半部１３は別体とせずに、射出成型等により一体化して製作してもよい。
【００１２】
保持体１０の中央長手方向には、管体Ｐを水平状態にして押し入れるための管体収容溝１４が形成されており、この管体収容溝１４は基底部１１の両端の切込部１１ｅ、１１ｆと、第１上半部１２、第２上半部１３の内面とから成っている。また、保持体１０の両側の、基底部１１の側辺部１１ａと第１上半部１２の側面部１２ｂとの間、基底部１１の側辺部１１ｂと第２上半部１３の側面部１３ｂとの間には、保持体１０の長手方向に沿ってそれぞれ長孔部１５、１６が形成され、これらの長孔部１５、１６は長手方向にずれて配置されている。
【００１３】
また、保持体１０の底部、つまり基底部１１の底部の長手方向に沿って、２個のスリット状の案内溝１１ｇ、１１ｈが直列に形成されている。更に、図３、図４に示すように、長孔部１５を上下に挟んだ保持体１０、つまり第１上半部１２の表面部１２ａと基底部１１の底面との上下両面の同一位置には、略長手方向に沿って、それぞれ上下同形のカム溝１７ａ、１７ｂが設けられている。これらのカム溝１７ａ、１７ｂは前方が保持体１０の長手方向に対して内側に寄って稍々傾斜して設けられ、更にその曲率中心位置を外側にした稍々円弧状とされている。
【００１４】
なお、本実施例においては、「前方」とは図１の保持体１０の長手方向の左下方向を示し、「後方」とは右上方向を示し、「内側」とは外方から保持体１０の長手方向の中心線（ほぼ管体Ｐの中心線）に向う方向、「外側」とは中心線から離れる方向を示している。
【００１５】
一方、長孔部１６を上下に挟んだ保持体１０、つまり第２上半部１３の表面部１３ａと基底部１１の底面との上下両面の同一位置にも、同様に、カム溝１８ａ、１８ｂが上下同形に、前方が保持体１０の長手方向に対して内側に寄って稍々傾斜して設けられ、稍々円弧状とされている。
【００１６】
また、カム溝１７ａ、１７ｂとカム溝１８ａ、１８ｂとは、保持体１０の長手方向の中心線に対し左右対称形とされ、またカム溝１７ａ、１７ｂとカム溝１８ａ、１８ｂとは長手方向に沿ってずれて配置されている。つまり、カム溝１７ａ、１７ｂは後方に、カム溝１８ａ、１８ｂは前方にずれて形成されている。
【００１７】
保持体１０の管体収容溝１４の下部には、管体Ｐを載置する管体支持体２０が、長手方向の所定範囲内で移動可能に配置されている。なお、この管体支持体２０は管体Ｐに対して摺動可能とされており、管体支持体２０が移動しても管体Ｐが共に移動することはない。管体支持体２０の上面２１は、管体Ｐとほぼ同径の断面略半円状とされており、下面には基底部１１の案内溝１１ｇ、１１ｈにそれぞれ挿入される２個の案内ピン２２ａ、２２ｂが、下方に向けて突出されている。
【００１８】
一対となる第１の超音波送受信部３０、第２の超音波送受信部４０の多くが、長孔部１５、１６内にそれぞれ配置され、保持体１０の内部において管体支持体２０に連結されており、案内溝１１ｇ、１１ｈに沿って移動する管体支持体２０と共に、保持体１０に対し長手方向に移動可能とされている。更に、超音波送受信部３０、４０は管体支持体２０に対して、長手方向と直交する短手方向にも移動可能とされている。
【００１９】
超音波送受信部３０、４０は合成樹脂製の殻体３１、４１により覆われ、殻体３１、４１に固定されている。殻体３１及び４１にはそれぞれ、保持体１０のカム溝１７ａ、１７ｂ及びカム溝１８ａ、１８ｂに挿入される２個ずつの計４個のピン状のカム用突起３２ａ、３２ｂ及びカム用突起４２ａ、４２ｂが、上下方向に突出されている。
【００２０】
これらのカム用突起３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂが、個々にカム溝１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂに嵌入し、かつ超音波送受信部３０、４０が管体支持体２０に連結されていることにより、超音波送受信部３０、４０は保持体１０に対しカム溝１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂに沿って可動に支持されている。
【００２１】
超音波送受信部３０、４０は、超音波ビームＢを管体Ｐ内で斜め方向に伝播させるために、超音波送受信部３０は後方に、超音波送受信部４０は前方に、保持体１０に対し長手方向にずれて配置され、かつ斜め方向に対向して配置されている。前述したように、カム溝１７ａ、１７ｂとカム溝１８ａ、１８ｂが長手方向にずれて配置され、長孔部１５、１６同士もずれて配置されているのは、超音波送受信部３０、４０同士を斜め方向に対向させるためである。
【００２２】
超音波送受信部３０、４０はそれぞれ、例えばピエゾ素子から成る超音波送受信素子３３、４３と、合成樹脂製で超音波ビームを伝達させる超音波伝達体３４、４４とを有している。超音波伝達体３４、４４の後面３４ａ、４４ａは保持体１０の長手方向の中心線に対し斜め方向の平面とされ、前面３４ｂ、４４ｂはこの中心線と平行な平面とされている。送受信素子３３、４３は超音波伝達体３４、４４の後面３４ａ、４４ａに貼り付けられている。送受信素子３３、４３にはリード線３５、４５が接続されており、リード線３５、４５は殻体３１、４１の外側に引き出されている。
【００２３】
超音波伝達体３４、４４の前面３４ｂ、４４ｂには、必要に応じて被覆材３６、４６が配置され、更にその前部に枠体３７、４７が設けられている。送受信素子３３、４３、超音波伝達体３４、４４、被覆材３６、４６は、枠体３７、４７と殻体３１、４１との間にねじなどにより組み付けられている。なお、被覆材３６、４６は主として防水、防塵のために用いられ、極めて薄く、超音波ビームの伝達性能への影響は殆どなく、省略することもできる。
【００２４】
超音波伝達体３４、４４の平面状の前面３４ｂ、４４ｂ同士は平行面とされており、かつ斜め方向に対向しているので、超音波送受信部３０、４０の内側への移動により、前面３４ｂ、４４ｂは管体Ｐに対する超音波ビームＢの送受信面として、管体Ｐの表面に両側から接触するようにされている。超音波送受信部３０、４０のそれぞれの殻体３１、４１の外側の一部は、長孔部１５、１６から外方に突出され、超音波送受信部３０、４０を手動で移動させるための押込部３８、４８とされている。
【００２５】
保持体１０上には、矩形板状のロック部材５０が回動自在に配置され、第１上半部１２の表面部１２ａから上方に回動用軸１２ｃが突出され、回動用軸１２ｃによりロック部材５０が回動自在に軸支され、ロック部材５０が外れないように、回動用軸１２ｃ上にねじ５１がねじ込まれている。また、ロック部材５０の回動用軸１２ｃに隣接する角部に固定孔５２が設けられ、保持体１０の第２上半部１３から上方に突出された固定ピン１３ｃが、ロック時に固定孔５２に嵌合するようにされている。更に、ロック部材５０の残余の２つの角部の下面から下方に向けて、ロックピン５３、５４が突出されている。
【００２６】
管体Ｐへの装着に際しては、図７に示すようにロック部材５０によるロック状態を外し、ロック部材５０を回動して片側に寄せた後に、超音波送受信部３０、４０同士の間隙を拡げるために、押込部３８、４８を保持体１０に対して後方に押し込む。これにより、超音波送受信部３０、４０はカム用突起３２ａ、３２ｂ及び４２ａ、４２ｂを介して、カム溝１７ａ、１７ｂ及びカム溝１８ａ、１８ｂに沿って、共に後方に移動する。カム溝１７ａ、１７ｂ及びカム溝１８ａ、１８ｂは、後方に進むにつれ、保持体１０の外側方向を向くようにされているので、超音波送受信部３０、４０を後方に移動させれば、超音波送受信部３０、４０同士の間隙が拡がり、管体Ｐを容易に挿入できることになる。
【００２７】
図８に示すように、管体Ｐを保持体１０の管体収容溝１４内に水平状態にして押し入れ、管体Ｐを管体支持体２０上に載置する。管体支持体２０には仮止め用の仮係止突起が形成されており、管体Ｐはこの仮係止突起に一時的に係止する。更に、管体Ｐを管体収容溝１４内に押し込むと、管体Ｐはこの仮係止突起を乗り越えて、所定の位置に安定して保持される。
【００２８】
続いて、超音波送受信部３０、４０を押込部３８、４８により前方内側に強く押し込む。これにより、超音波送受信部３０、４０はカム溝１７ａ、１７ｂ及びカム溝１８ａ、１８ｂに従って、保持体１０に対して移動する管体支持体２０と共に、長手方向の前方に移動し、同時に管体支持体２０に対して短手方向の内側に移動する。なお、このとき超音波送受信部３０、４０が動いても、管体Ｐは動くことはない。
【００２９】
カム溝１７ａ、１７ｂ及びカム溝１８ａ、１８ｂは、前方に進むにつれ内側に寄るように稍々斜め方向に形成されているので、押込部３８、４８により前方及び内側に押すと、超音波送受信部３０、４０はカム溝１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂに沿って進むカム用突起３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂを介して前方かつ内側に移動する。
【００３０】
図１、図３、図４、図６に示すように、超音波送受信部３０、４０は共に長手方向、短手方向から、つまり斜め方向から管体Ｐに接近して、管体Ｐを両側から挟着する。このとき、カム溝１７ａ、１７ｂ及びカム溝１８ａ、１８ｂは、その曲率中心が外側に位置するように形成されていることから、超音波送受信部３０、４０の超音波伝達体３４、４４は、管体Ｐに近付くにつれ徐々に接近する。
【００３１】
超音波伝達体３４、４４の前面３４ｂ、４４ｂは平面とされており、管体Ｐを挟着した状態で管体Ｐを両側から強く押圧して、可撓性を有する管体Ｐを部分的に偏平状に変形させる。このとき、押込部３８、４８から手を離しても、保持体１０、超音波送受信部３０、４０、管体Ｐ等の合成樹脂材が持つ弾性力の作用により互いに押し合って、超音波送受信部３０、４０が保持体１０や管体Ｐに対して動くことはない。しかし、この状態を長時間維持するためには、ロック部材５０を作用させて、超音波送受信部３０、４０が動かないように、ロック状態とすることがより安全である。
【００３２】
このロックについては、超音波送受信部３０、４０により管体Ｐを挟着した後に、図７に示す状態から、図１、図３、図５に示すように、ロック部材５０を回動して行う。即ち、回動用軸１２ｃを中心にロック部材５０を回動しながら持ち上げて、固定孔５２に固定ピン１３ｃを挿入する。このとき、ロックピン５３、５４は図３の点線で示すように、それぞれカム溝１７ａ、１８ａ内の前方に移動しているカム用突起３２ａ、４２ａの後ろ側に嵌入されることにより、カム用突起３２ａ、４２ａの後方への移動が阻止される。これにより、超音波送受信部３０、４０は移動不能となり、その位置関係を保持するロックがなされることになる。
【００３３】
測定時において、断面円形の管体Ｐを偏平状態に変形させることが好ましい理由は、超音波送受信部３０、４０の超音波伝達体３４、４４の前面３４ｂ、４４ｂを、管体Ｐの表面にそれぞれ密着させるためである。超音波ビームＢを管体Ｐ内に効率良く入出射させるには、超音波伝達体３４、４４の前面３４ｂ、４４ｂを管体Ｐの表面と正確に合致させることが必要である。寸法的な差があると、管体Ｐと超音波伝達体３４、４４との間に隙間が生じ、超音波ビームＢが管体Ｐを介して、超音波送受信部３０、４０間で良好に伝達できなくなる。
【００３４】
本実施例においては、超音波伝達体３４、４４の平面である前面３４ｂ、４４ｂにより、管体Ｐを両側から押圧して偏平状にするので、この偏平面に前面３４ｂ、４４ｂを密着することができ、超音波ビームＢが良好に伝達可能となる。
【００３５】
図９は流量測定時の説明図であり、超音波送受信部３０、４０はリード線３５、４５を介して演算制御部６０にそれぞれ接続され、更に演算制御部６０の出力は表示部７０に接続されている。
【００３６】
管体Ｐに測定すべき流体Ｆを流し、演算制御部６０の信号により、交互に超音波送受信部３０、４０の送受信素子３３、４３による超音波ビームＢを超音波伝達体３４、４４に入出射する。超音波ビームＢは超音波伝達体３４、４４中を直進し、前面３４ｂ、４４ｂの送受信面から管体Ｐ内の測定すべき流体Ｆに対して超音波ビームＢを送受信する。送信された超音波ビームＢは流体Ｆ中を斜め方向に横断し、超音波送受信部３０、４０の他方の超音波伝達体３４、４４、送受信素子３３、４３において受信される。
【００３７】
このようにして、超音波送受信部３０、４０により超音波ビームＢの送信、受信を交互に繰り返し、超音波ビームＢが流体Ｆの上流側から下流側に到達する往きの時間と、下流側から上流側に到達する戻りの時間との伝播時間差を演算制御部６０により求める。この伝播時間差を基に、演算制御部６０において公知の方法により流体Ｆの流速が算出される。
【００３８】
演算制御部６０は流体Ｆの流速を求め、この流速を管体Ｐの内部断面積に乗じて流量値を算出する。しかし、管体Ｐは超音波伝達体３４、４４による押圧などによって変形しているために、超音波ビームＢが伝播する位置における管体Ｐの断面積は不明であることが多い。従って、予めこの状態において、管体Ｐに所定の流量を流して校正をしておくことが好ましい。そして、得られた流量値は表示部７０に表示される。
【００３９】
なお実際には、管体Ｐは流体Ｆを流し始めると、流体Ｆの圧力により管体Ｐは変形して、断面積が拡がる傾向にあるので、正確な流量は流体Ｆを流し始めてから若干の時間が経過した後に得られる。
【００４０】
測定が終了し、管体Ｐから超音波式流量測定装置を取り外す際には、ロック部材５０を回動し、ロック状態を解除してから管体Ｐから外せばよい。
【００４１】
なお本明細書においては、前後方向、上下方向、左右方向とは実施例の図面に対する説明であり、実際の部材はこれらの用語により限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１０  保持体
１１  基底部
１２  第１上半部
１３  第２上半部
１４  管体収容溝
１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ  カム溝
２０  管体支持体
３０、４０  超音波送受信部
３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ  カム用突起
３３、４３  超音波送受信素子
３４、４４  超音波伝達体
３８、４８  押込部
５０  ロック部材
６０  演算制御部
７０  表示部
Ｆ  流体
Ｐ  管体
【図１】
2020176904.tif 000003
【図２】
2020176904.tif 000004
【図３】
2020176904.tif 000005
【図４】
2020176904.tif 000006
【図５】
2020176904.tif 000007
【図６】
2020176904.tif 000008
【図７】
2020176904.tif 000009
【図８】
2020176904.tif 000010
【図９】
2020176904.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月17日(2019.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管体に対し着脱自在とし、前記管体中を斜め方向に伝播する超音波ビームを交互に送受信して前記流体の流量を測定する超音波式流量測定装置であって、
前記管体を保持するための保持体と、該保持体内にそれぞれ斜め方向に対向して配置され、前記斜め方向に共に移動して前記管体を両側から挟着する一対の超音波送受信部とを備え、
前記一対の超音波送受信部は、超音波送受信素子と超音波伝達体とを有し、
前記超音波伝達体は、一端を前記超音波送受信素子に密着し、他端を前記管体に密着し、前記管体対する前記超音波ビームの送受信面とし、
前記一対の超音波送受信部は、前記保持体に設けられたカム溝に沿って前記保持体の長手方向に移動し、かつ前記超音波送受信部は前記カム溝に沿って前記保持体の短手方向に移動することを特徴とする超音波式流量測定装置。
【請求項２】
前記一対の超音波送受信部は、前記保持体内を長手方向に移動可能に配置された管体支持体に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項３】
前記超音波伝達体の送受信面は平面とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項４】
前記超音波伝達体の送受信面は前記管体を両側から押圧し、前記管体を偏平状に変形することを特徴とする請求項３に記載の超音波式流量測定装置。
【請求項５】
前記一対の超音波送受信部をロック部材により所定位置にロックすることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波式流量測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式流量測定装置は、流体が流れる管体に対し着脱自在とし、前記管体中を斜め方向に伝播する超音波ビームを交互に送受信して前記流体の流量を測定する超音波式流量測定装置であって、前記管体を保持するための保持体と、該保持体内にそれぞれ斜め方向に対向して配置され、前記斜め方向に共に移動して前記管体を両側から挟着する一対の超音波送受信部とを備え、前記一対の超音波送受信部は、超音波送受信素子と超音波伝達体とを有し、前記超音波伝達体は、一端を前記超音波送受信素子に密着し、他端を前記管体に密着し、前記管体対する前記超音波ビームの送受信面とし、前記一対の超音波送受信部は、前記保持体に設けられたカム溝に沿って前記保持体の長手方向に移動し、かつ前記超音波送受信部は前記カム溝に沿って前記保持体の短手方向に移動することを特徴とする。