(57)【要約】      （修正有）【課題】管体を流れる流体中に超音波ビームを発信、受信する超音波流量計用の超音波送受信器において、圧電素子から管体側に、漏れて伝達するノイズ成分を減衰させる。【解決手段】超音波送受信器１は、素子収容部１ａ内に配置された圧電素子１ｂ、素子収容部１ａの後壁１ｅに保持部１ｇで固定された金属管１ｆと、を含む。金属管１ｆは断面積を小さくすると共に、螺旋形に曲成して長さを大きくし、ノイズ成分を減衰している。金属管１ｆ内には、リード線１ｊが挿通されており、リード線１ｊの一端は圧電素子１ｂに接続され、他端は保持部１ｇの外部において端子等に接続されている。金属管１ｆの周囲には、保持部１ｇに固定された保護筒１ｈが離隔的に配置され、保護筒１ｈ内には弾性充填材１ｉが充填され、金属管１ｆの周囲を囲んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体を流れる流体中に超音波ビームを発信、受信する超音波流量計用の超音波送受信器において、前壁に流体に対して超音波ビームを送受信する圧電素子が配置された素子収容部と、前記管体に取り付けるための保持部と、一端が前記素子収容部に固定され他端が前記保持部に固定された断面積の小さな金属管とから成り、該金属管は曲成により迂回されてその長さが大きくされていることを特徴とする超音波送受信器。
【請求項２】
前記金属管は螺旋形に曲成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信器。
【請求項３】
前記金属管中に、一端が前記圧電素子に接続されたリード線が挿通され、前記リード線の他端は前記保持部の外部に導出されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波送受信器。
【請求項４】
前記金属管の本数は１本又は複数本とされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超音波送受信器。
【請求項５】
前記金属管の周囲に前記保持部に固定された保護筒が離隔的に配置され、前記保護筒内に弾性充填材が充填されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波送受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計において、超音波ビームを送信すると共に受信し測定対象を気体とする場合に特に好適に使用できる超音波送受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計は、管体内を流れる測定対象媒体中に超音波ビームを伝播させ、流体の流に順行する超音波ビームと逆行する超音波ビームとの伝播時間差を利用して流量を求める。
【０００３】
しかし、媒体が気体であると超音波流量計により精度良く測定することはなかなか困難である。つまり、気体と超音波送信器との音響インピーダンスの差が大きいために、超音波送信器から気体中へ、気体から超音波送信器への超音波ビームの伝達が悪く、気体を介した超音波送信器から他方の超音波受信器への超音波ビームの伝達信号の大きさが、液体に比較して極めて小さくなるからである。
【０００４】
一方で、超音波送信器からはその支持機構を介して管体中に漏れ、雑音として不要なノイズ成分が超音波受信器に伝達される。このノイズ成分は気体媒体中を伝播して得られた測定信号に比較して大きく、超音波受信器においては測定信号とノイズ成分とが混在し、ＳＮ比が小さくなって測定精度に悪影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８８１５号公報
【特許文献２】特許第６１４１５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような問題を解決するための手段が、特許文献１、２が開示されている。これらの特許文献１、２においては、超音波送受信器を支持する支持機構において、漏れにより管体に伝達するノイズ成分を減衰する工夫をしている。このために、超音波送受信器を支持する支持機構として、断面積を小さくした支持体を、折り返して重ね合わせて迂回することにより伝達距離を長くすると共に、音吸収部材を介在して、管体側へのノイズ成分を減衰させている。しかし、これらの特許文献１、２に開示の減衰機構は構造が複雑となる。
【０００７】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、管体側に漏れて伝達するノイズ成分を簡便な手段で効果的に減衰し、測定対象を気体とした場合にも、特に好適に使用し得る超音波送受信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波送受信器は、管体を流れる流体中に超音波ビームを発信、受信する超音波流量計用の超音波送受信器において、前壁に流体に対して超音波ビームを送受信する圧電素子が配置された素子収容部と、前記管体に取り付けるための保持部と、一端が前記素子収容部に固定され他端が前記保持部に固定された断面積の小さな金属管とから成り、該金属管は曲成により迂回されてその長さが大きくされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る超音波送受信器によれば、素子収容部を曲成した細径の金属管により支持することにより、管体側に伝達する不要なノイズ成分を簡便に減衰できる。
【００１０】
また、金属管の周囲を弾性充填材で囲むと、金属管を伝達する振動を吸収し、ノイズ信号を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】測定管路部の構成図である。
【図２】実施例１の超音波送受信器の構成図である。
【図３】実施例２の超音波送受信器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る超音波送受信器を使用した超音波流量計の測定管路部の例を示す構成図である。２個の超音波送受信器１は流量を測定すべき気体が矢印方向に流れる管体２の２個所に、一対として配置されている。超音波送受信器１同士は管体２を挟んで対向されており、超音波送受信器１から発信される超音波ビームＢ１、Ｂ２が管体２を斜めに横切り、相手側の超音波送受信器１において受信するように取り付けられている。
【００１４】
管体２の管壁３には外側に突出する円筒状の取付部４が形成されており、超音波送受信器１はこの取付部４内に設けられ、超音波送受信器１同士は超音波ビームの伝播路Ｗを介して正対している。
【００１５】
それぞれの超音波送受信器１からは、例えば数百ＫＨｚの超音波ビームＢ１、Ｂ２が交互に発信され、相手側の超音波送受信器１により受信される。流体の流れに沿って進行する超音波ビームＢ１と、流れに逆行する超音波ビームＢ２の到達時間差を測定して流速を求め、更に管体２の断面積を乗じて流体の流量を測定する。流速を測定する時間差法は公知であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１６】
なお、超音波送受信器１の配置は図１のように管体２を挟むような位置に配置するとは限らず、一対の超音波送受信器１を管体２の片側に配置し、超音波ビームＢ１、Ｂ２が管体２内でＶ字状に反射して、相手側の超音波送受信器１に入射するようにしてもよい。
【実施例１】
【００１７】
図２は実施例１の超音波送受信器１の構成図である。前後端を閉塞した金属体から成る円筒状の素子収容部１ａ内に、超音波ビームの送受信を行う圧電素子１ｂが固定されている。素子収容部１ａの直径は１０ｍｍ程度であり、前壁１ｃの厚みは例えば０．５ｍｍ程度とされ、その内側に圧電素子１ｂがグリスを介して貼着されている。また、素子収容部１ａの側壁１ｄ、後壁１ｅの厚みは例えば２ｍｍ程度とされている。
【００１８】
素子収容部１ａの後壁１ｅには、金属管１ｆの一端が支持機構として固定されており、金属管１ｆの他端は素子収容部１ａと離隔された板体状の保持部１ｇに固定されている。金属管１ｆは例えば外径が２．０ｍｍ、内径が１．０ｍｍの銅、チタン等の金属体から成り、例えば直径１５ｍｍの螺旋形に例えば５回巻回することにより曲成されている。
【００１９】
圧電素子１ｂから管体２側に漏れ、ノイズ成分となる超音波信号が振動として保持部１ｇを介して管体２に伝達されることを極力防止するために、支持体として金属管１ｆが用いられ、金属管１ｆは断面積を小さく、曲成により長さを大きくして、伝達されるノイズ成分を減衰している。
金属管１ｆとしては、素子収容部１ａを支持するための剛性が必要であり、また伝達中のノイズ成分を減衰するためには断面積を小さくすることが望ましく、両者の兼ね合いが必要である。
【００２０】
金属管１ｆの材料として銅、チタン、又は他の種類の金属であってもよい。なお、支持機構である金属管１ｆは、長さを大きくするほどノイズ成分の減衰が大きくなるために、金属管１ｆは素子収容部１ａと保持部１ｇとの間を、曲成により迂回し長さを大きくすることが好ましい。この曲成は加工上、実施例のような螺旋形が好適ではあるが、螺旋形に限られることはなく、例えばつづら折りのような迂回形状であってもよい。
【００２１】
金属管１ｆの素子収容部１ａ、保持部１ｇへの接続は、例えば溶接によりなされる。この溶接を容易にするためには、金属管１ｆ、素子収容部１ａ、保持部１ｇは同じ種類の金属を選択することが好ましい。
【００２２】
金属管１ｆの周囲には、保持部１ｇに固定された円筒状の金属製の保護筒１ｈが離隔的に配置されている。保護筒１ｈの前端は解放されており、前端は素子収容部１ａの後端付近まで延在されているが、素子収容部１ａに接することはないようにされている。
そして、保護筒１ｈ内には例えばシリコンゴムから成る弾性充填材１ｉが充填され、金属管１ｆの周囲を固み、金属管１ｆを保持すると共に、金属管１ｆを伝達する振動の吸収材としても機能する。この弾性充填材１ｉは液状の状態で保護筒１ｈ内に注入され、加熱や自然固化によって固形化されている。
【００２３】
金属管１ｆは素子収容部１ａを宙吊りにして支持しているが、金属管１ｆの剛性が大きく、また、金属管１ｆの周囲を弾性充填材１ｉで固めているために、素子収容部１ａが動いたり、金属管１ｆが保護筒１ｈに接触することはない。
【００２４】
金属管１ｆ内には、信号線となる絶縁被覆されたリード線１ｊが挿通されており、このリード線１ｊの一端は素子収容部１ａ内の圧電素子１ｂに接続され、他端は保持部１ｇの外部において、図示しない制御回路部等に接続するために、コネクタ等に接続されている。一方、圧電素子１ｂのアース線は素子収容部１ａ、金属管１ｆ、保持部１ｇを経て、制御回路部等に接続されている。なお、金属管１ｆ内には、２本のリード線を挿通することもできる。
【００２５】
使用に際しては、図1に示すように、超音波送受信器１を取付部４内に挿入し、保持部１ｇを取付部４の端部に例えばねじを用いて密封して固定する。その後に、リード線１ｊを相手方端子に接続する。このような準備をした上で、管体２に測定すべき気体媒体を流し、圧電素子１ｂ間の伝播路Ｗに超音波ビームＢ１、Ｂ２を送受信して測定を開始する。
【００２６】
このとき、圧電素子１ｂから素子収容部１ａ、金属管１ｆ、保持部１ｇを介して、管体２に漏れるノイズ成分を皆無とすることはできない。しかし、断面積の小さな金属管１ｆを使用し、しかも金属管１ｆは曲成されて長さを大きくしているので、ノイズ成分が大幅に減衰し、受信する圧電素子１ｂにおいては、気体中を経由してきた本来の測定信号とのＳＮ比が大きくなり、流量測定精度が向上する。
【実施例２】
【００２７】
図３は実施例２の超音波送受信器１の構成図であり、支持機構として、２本の螺旋形に曲成された金属管１ｆ、１ｆ’が使用されている。なお、実施例１と同一の符号は同一の部材を示している。
【００２８】
金属管１ｆ、１ｆ’はほぼ同形であり、互いに接触しないように配置されていて、何れか一方、実施例では金属管１ｆにリード線１ｊが挿通されている。また、アース線は何れか一方の金属管１ｆ、１ｆ’を利用して、伝達させればよいが、リード線１ｊ、アース線をそれぞれ金属管１ｆ、１ｆ’に挿通することもできる。
この実施例２の場合には、各金属管１ｆ、１ｆ’の径は実施例１よりも小径で済み、例えば外径１．２ｍｍ、内径０．５ｍｍとされている。
【００２９】
この実施例２においては、金属管１ｆ、１ｆ’が２本とされているので、実施例１よりも素子収容部１ａを強固に保持できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  超音波送受信器
１ａ  素子収容部
１ｂ  圧電素子
１ｃ  前壁
１ｆ、１ｆ’  金属管
１ｇ  保持部
１ｈ  保護筒
１ｉ  弾性充填材
１ｊ  リード線
２  管体
３  管壁
４  取付部
【図１】
2020028059.tif 000003
【図２】
2020028059.tif 000004
【図３】
2020028059.tif 000005